Η υπερχημεία και η συμπεριφορά του “όλοι μαζί”

Και τώρα, μια ομάδα βρήκε την πρώτη άμεση απόδειξη ενός προηγουμένως προβλεπόμενου κβαντικού φαινομένου γνωστό ως υπερχημεία.

Ξεκινά με μια παράξενη κατάσταση της ύλης που ονομάζεται συμπύκνωμα Bose-Einstein, στην οποία ένα νέφος ατόμων ψύχεται σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, αναγκάζοντάς τα να εισέλθουν στην ίδια κβαντική κατάσταση και να αρχίσουν να συμπεριφέρονται σαν ένα μεγάλο άτομο. Έχει προταθεί ότι η συνένωση ατόμων σε αυτή την κατάσταση σε χημικές αντιδράσεις θα είχε διαφορετικά αποτελέσματα από το συνηθισμένο.

Στην κλασική χημεία, τα άτομα σε ένα μείγμα θα συγκρούονται τυχαία και με κάθε σύγκρουση υπάρχει η πιθανότητα να συνδεθούν για να σχηματίσουν ένα μόριο. Αλλά αν τα άτομα βρίσκονται όλα στην ίδια κβαντική κατάσταση, τώρα εκτελούν ενέργειες μαζί.

«Δεν αντιμετωπίζετε πλέον μια χημική αντίδραση ως σύγκρουση μεταξύ ανεξάρτητων σωματιδίων, αλλά ως συλλογική διαδικασία», δήλωσε ο Cheng Chin, επικεφαλής ερευνητής στη μελέτη. «Όλοι τους αντιδρούν μαζί, ως σύνολο».

Για τα πειράματά τους, οι ερευνητές ψύξαν τα άτομα καισίου στις ακραίες θερμοκρασίες που απαιτούνται και στη συνέχεια τα οδήγησαν στην ίδια κβαντική κατάσταση. Και σίγουρα, τα άτομα φαινόταν να σχηματίζουν μόρια με τρόπο που έμοιαζε με υπερχημεία.

Αυτή η διαδικασία έχει μερικές συνέπειες που την κάνουν να ξεχωρίζει από την κανονική παλιά χημεία. Πρώτον, επειδή τα άτομα δρουν όλα μαζί, οι αντιδράσεις συμβαίνουν πολύ πιο γρήγορα – και γίνεται ακόμη πιο γρήγορη όσο περισσότερα άτομα υπάρχουν στο σύστημα. Τα μόρια που παράγονται στο τέλος έχουν όλα την ίδια κατάσταση, λέει η ομάδα, κάτι που είναι χρήσιμο για τη δημιουργία μεγάλων παρτίδων πανομοιότυπων μορίων πιο αξιόπιστα από ό,τι μέσω της παραδοσιακής χημείας.

Η ομάδα είδε επίσης στοιχεία ενός παράξενου φαινομένου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας – οι αλληλεπιδράσεις τριών σωμάτων γίνονταν πιο συχνά από τις αλληλεπιδράσεις δύο σωμάτων. Ουσιαστικά, τρία άτομα θα συγκρούονταν, με τα δύο να συνδέονται για να σχηματίσουν ένα μόριο και το τρίτο να βοηθάει τη διαδικασία με κάποιο τρόπο.

Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει να ανοίξει ο δρόμος για νέες τεχνολογίες στην κβαντική χημεία, τους κβαντικούς υπολογιστές και βοηθώντας τους επιστήμονες να μελετήσουν τους νόμους της φυσικής. Μέχρι στιγμής αυτή η υπερχημεία έχει διεξαχθεί μόνο με μόρια δύο ατόμων, αλλά η ομάδα σχεδιάζει να επεκτείνει το έργο για να συμπεριλάβει πιο πολύπλοκα μόρια.

«Αυτό που είδαμε ευθυγραμμίζεται με τις θεωρητικές προβλέψεις», είπε ο Τσιν. «Αυτός είναι ένας επιστημονικός στόχος εδώ και 20 χρόνια, επομένως είναι μια πολύ συναρπαστική εποχή».

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Physics .

(photo: pixabay)