Сегодня 21 ноября 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Химики освоили квантовое туннелирование — на одну загадку устройства Вселенной стало меньше

Квантовая физика неплохо развилась вплоть до практической реализации (туннельные явления, кубиты и прочее), но для химиков квантовые события — это тёмный лес. Между тем, как и любые процессы в этом мире, химические реакции подвержены законам квантового мира. Учёные впервые выяснили, до какой степени можно пренебрегать ими при изучении химических процессов и как квантовые явления в химических реакциях влияют на физический мир.

 Источник изображения: Universität Innsbruck/Harald Ritsch

Ионы пробивают энергетические барьеры для химической связи с молекулами. Источник изображения: Universität Innsbruck/Harald Ritsch

Учёным очень сложно теоретически описать точное квантово-механическое химическое взаимодействие трёх частиц, а для более четырёх реагентов это практически невозможное задание. Поэтому всё сводится к пренебрежению квантовыми эффектами и к решению задач только с позиции классической физики. Подобное приближение удобно для практического применения в повседневной жизни, но не позволяет разобраться в ряде фундаментальных процессов мироустройства.

Очевидно, что для изучения квантовых явлений в химических реакциях необходимо придумать и поставить эксперимент, который был бы подтверждён теоретическими выкладками. Эффект туннелирования оказался одним из наиболее удобных кандидатов на постановку такого эксперимента, но на его организацию потребовались годы планирования.

Опыт удался у команды исследователей из Университета Инсбрука, о чём они сообщили в свежем выпуске журнала Nature. Для опыта был выбран изотоп водорода дейтерий, который поместили в ионную ловушку и охладили, после чего заполнили ловушку газообразным водородом. За счёт сильного охлаждения отрицательно заряженным ионам дейтерия не хватало энергии для химической реакции с молекулами водорода. Тем не менее, отдельные ионы дейтерия вступали в реакцию с молекулами водорода, чего не могло быть с точки зрения классической физики.

«Квантовая механика позволяет частицам преодолевать энергетический барьер благодаря их квантово-механическим волновым свойствам, и происходит реакция, — объяснил ведущий автор исследования Роберт Уайлд (Robert Wild). — В нашем эксперименте мы даём возможным реакциям в ловушке около 15 минут, а затем определяем количество образовавшихся ионов водорода. По их количеству мы можем сделать вывод о том, как часто происходила реакция».

Предложенный в 2018 году теоретический расчёт показал, что в условиях эксперимента одно квантовое туннелирование будет происходить в одном случае из каждых ста миллиардов столкновений, что учёные из Инсбрука смогли подтвердить на практике. Иными словами, для химической реакции с квантовыми явлениями эксперимент впервые подтвердил теорию. Одновременно это была самая медленная реакция с заряженными частицами из когда-либо наблюдавшихся.

На основе проведённого исследования можно разработать более простые теоретические модели «квантовых» химических реакций и проверить их на реакции, которая уже успешно продемонстрирована. Туннельный эффект возникает во многих физических и химических процессах, а это путь к их лучшему пониманию и к открытию явлений, которые были либо плохо объяснимыми, либо вовсе непонятными для науки, например, такими, как астрохимический синтез молекул в межзвёздных облаках. Подтверждающий теорию эксперимент — это лучшее, что можно использовать для новых открытий.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Вечерний 3DNews
Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Star Wars Outlaws вышла в Steam с крупным обновлением и дополнением про Лэндо Калриссиана 42 мин.
Миллионер с зарплатой сантехника: выяснилось, сколько зарабатывает глава OpenAI 3 ч.
Рекордная скидка и PvP-режим Versus обернулись для Warhammer: Vermintide 2 полумиллионом новых игроков за неделю 3 ч.
Роскомнадзор с декабря начнёт блокировать сайты за публикацию научной информации о VPN для обхода блокировок 3 ч.
Новый трейлер раскрыл дату выхода Mandragora — метроидвании с элементами Dark Souls и нелинейной историей от соавтора Vampire: The Masquerade — Bloodlines 4 ч.
В Японии порекомендовали добавить в завещания свои логины и пароли 5 ч.
Обновления Windows 11 больше не будут перезагружать ПК, но обычных пользователей это не касается 6 ч.
VK похвасталась успехами «VK Видео» на фоне замедления YouTube 7 ч.
GTA наоборот: полицейская песочница The Precinct с «дозой нуара 80-х» не выйдет в 2024 году 9 ч.
D-Link предложила устранить уязвимость маршрутизаторов покупкой новых 10 ч.
Redmi показала флагманский смартфон K80 Pro и объявила дату его премьеры 29 мин.
Астрономы впервые сфотографировали умирающую звезду за пределами нашей галактики — она выглядит не так, как ожидалось 4 ч.
Представлена технология охлаждения чипов светом — секретная и только по предварительной записи 4 ч.
Японская Hokkaido Electric Power намерена перезапустить ядерный реактор для удовлетворения потребности ЦОД в энергии 5 ч.
Грузовик «Прогресс МС-29» улетел к МКС с новогодними подарками и мандаринами для космонавтов 5 ч.
Meta планирует построить за $5 млрд кампус ЦОД в Луизиане 6 ч.
HPE готова ответить на любые вопросы Минюста США по расследованию покупки Juniper за $14 млрд 6 ч.
Thermaltake представила компактный, но вместительный корпус The Tower 250 для игровых систем на Mini-ITX 7 ч.
Флагманы Oppo Find X8 и X8 Pro на Dimensity 9400 стали доступны не только в Китае — старший оценили в €1149 8 ч.
«ВКонтакте» выросла до 88,1 млн пользователей — выручка VK взлетела на 21,4 % на рекламе 8 ч.