Στον κβαντικό κόσμο τα μόρια βρίσκονται σε διαρκή κίνηση. Αυτό φάνηκε την πρώτη φορά που οι επιστήμονες κατέγραψαν άμεσα αυτούς τους μικροσκοπικούς κβαντικούς χορούς, όταν τους μεγέθυναν πάρα πολύ.
Ακόμα και στο απόλυτο μηδέν (0 Kelvin ή -273.15 Κελσίου) τα σωματίδια δονούνται συνεχώς, χωρίς σταθερή θέση, ένα φαινόμενο που ονομάζεται κίνηση μηδενικού σημείου. Σε μια δημοσίευση στις 7 Αυγούστου στο Science, ερευνητές στο European XFEL αξιοποίησαν αυτή τη συμπεριφορά για το μόριο 2-ιωδοπυριδίνης, το οποίο αποτελείται από 11 άτομα. Εκτοξεύοντας το μόριο με ισχυρές, σύντομες εκρήξεις παλμών ακτίνων Χ, η ομάδα δημιούργησε μια «μικροσκοπική Μεγάλη Έκρηξη» που τους επέτρεψε να παρακολουθούν, να ανακατασκευάζουν και, ως εκ τούτου, να απεικονίζουν τις κβαντικές διακυμάνσεις του μορίου.
«Καταφέραμε να δούμε ότι τα άτομα δεν δονούνται απλώς μεμονωμένα, αλλά ότι δονούνται σε συνδυασμό, ακολουθώντας καθορισμένα μοτίβα», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο Till Jahnke, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Ο Jahnke, φυσικός στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Goethe της Φρανκφούρτης στη Γερμανία, πρόσθεσε ότι η ιωδοπυριδίνη «διαθέτει ένα ολόκληρο ρεπερτόριο 27 διαφορετικών τρόπων δόνησης», μια συναρπαστική κβαντική συμπεριφορά που δεν μπορεί να εξηγηθεί κλασικά.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται Απεικόνιση Έκρηξης Coulomb, η οποία βομβαρδίζει με ακτίνες Χ μόρια, για να αποσπάσει ηλεκτρόνια από το μόριο που στοχεύει. Αυτό καθιστά το μόριο θετικά φορτισμένο στο σύνολό του, προκαλώντας τη απώθηση του, μεταξύ των τμημάτων του ατόμου και τελικά την απομάκρυνσή τους. Ένα ειδικό όργανο κατέγραψε γρήγορα το σχήμα και την κίνηση κάθε θραύσματος από την έκρηξη, η οποία διήρκεσε λιγότερο από ένα φεμτοδευτερόλεπτο (ένα τετράκις εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου).
Χρησιμοποιώντας τα αρχεία από τις μετρήσεις, οι ερευνητές κατάφεραν να μοντελοποιήσουν την έκρηξη, ώστε να οπτικοποιήσουν την κίνηση του μορίου, δείχνοντας έτσι πως ευθυγραμμίζεται με τη συσχετισμένη κίνηση μηδενικού σημείου που ήλπιζαν να παρατηρήσουν.
Με αυτό τον τρόπο, εκτός από την λεπτομερή αναπαράσταση του κβαντικού κόσμου, τα νέα δεδομένα λειτουργούν σαν δακτυλικά αποτυπώματα της κβαντικής συμπεριφοράς των ατόμων. Με την χρήση της ίδιας τεχνικής για τη μελέτη παρόμοιων φαινομένων για άλλα μόρια, θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για τους φυσικούς, ώστε να μελετήσουν μεμονωμένα μόρια με μεγάλη ακρίβεια, σύμφωνα με τους ερευνητές.
«Olympus», το τετράποδο ρομπότ που θα βοηθήσει τους αστροναύτες να εξερευνήσουν τον Άρη
«Στο μέλλον, αυτή η τεχνική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη ακόμη μεγαλύτερων μορίων, και πλέον είναι δυνατές “ταινίες” των εσωτερικών τους κινήσεων με χρονική ανάλυση», δήλωσε ο Michael Meyer, συν-συγγραφέας της μελέτης και επιστήμονας στο Κέντρο Υπερταχείας Απεικόνισης του Αμβούργου στη Γερμανία, σε μια δήλωση XFEL.
«Στόχος μας είναι να ξεπεράσουμε τον χορό των ατόμων και να παρατηρήσουμε επιπλέον τον χορό των ηλεκτρονίων—μια χορογραφία που είναι σημαντικά ταχύτερη και επηρεάζεται επίσης από την ατομική κίνηση», δήλωσε ο Jahnke. «Με τη συσκευή μας, μπορούμε σταδιακά να δημιουργήσουμε πραγματικά ταινίες μικρού μήκους μοριακών διεργασιών, κάτι που κάποτε ήταν αδιανόητο».
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Science.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
