Квантовая гармония столкновений

Исследования столкновений молекул с поверхностями демонстрируют, что за кажущимся хаосом скрываются строгие законы квантовой механики, отмечающие столетие её открытия. Результаты, опубликованные в журнале Science, подтверждают значимость квантового интерференционного эффекта и симметрии в управлении молекулярным поведением.
Квантовая гармония столкновений
Изображение носит иллюстративный характер

При взаимодействии молекул с атомами поверхности происходит обмен энергией и импульсом, причем стандартные принципы классической физики оказываются недостаточными для описания столь сложных процессов. Именно квантовые эффекты позволяют объяснить усиление или ослабление отдельных энергетических переходов.

Группа Раинера Бека из EPFL совместно с учеными из Германии и Соединенных Штатов применила лазерную технологию для контроля квантовых состояний метана (CH4). С использованием насоса-лазера молекулы переводили в конкретное вибрационно-вращательное состояние перед их направлением на поверхность.

Подготовленные молекулы метана направлялись к специально обработанной золотой поверхности Au(111), отличающейся атомарной гладкостью и химической инертностью. Ультра-высокий вакуум, в котором проводились эксперименты, исключал влияние внешних загрязнений, гарантируя чистоту наблюдаемых эффектов.

Квантовый интерференционный эффект проявляется через перекрытие различных маршрутов, по которым могут двигаться молекулы. При несовместимости симметрий квантовых состояний интерференционные пути полностью компенсируются, препятствуя переходу, тогда как совместимые состояния приводят к усилению эффектов и появлению четких переходов.

Аналогия с классическим экспериментом с двойной щелью помогает визуализировать наблюдаемые эффекты: в отличие от влияния интерференции на угловое распределение частиц, здесь она определяет вращательные и вибрационные состояния молекул, непосредственно влияя на дальнейшую динамику столкновений.

После взаимодействия квантовое состояние молекул определялось с помощью тэгирующего лазера, настроенного на конкретные энергетические уровни. Измерения проводились по изменению температуры с помощью высокочувствительного болометра, что позволило точно зафиксировать квантовые переходы после столкновения.

Наблюдаемые интерференционные картины подтверждают, что квантовая интерференция и симметрия играют решающую роль в процессах обмена энергией и импульсом между молекулами и поверхностями. Полученные данные открывают новые возможности для разработки технологий в области поверхностной химии, создания более эффективных катализаторов и оптимизации промышленных процессов.


Новое на сайте

19817В Луксоре нашли стелу с римским императором в образе фараона 19816Экипаж Artemis II о моменте, когда земля исчезла за луной 19815Почему луна выглядит по-разному в разных точках земли? 19814Adobe экстренно закрыла опасную дыру в Acrobat Reader, которую хакеры использовали с... 19813Метеорный поток, рождённый из умирающего астероида 19812Когда робот пишет за тебя прощальную смс 19811Что общего у лунной миссии, толстого попугая, загадочной плащаницы и лекарства от диабета? 19810Какие снимки Artemis II уже стали иконами лунной программы? 19809Кто на самом деле хочет сладкого — вы или ваши бактерии? 19808Как рекламные данные 500 миллионов телефонов оказались в руках спецслужб? 19807Экипаж Artemis II вернулся на землю после десяти дней в космосе 19806Зелёная и коричневая луна: почему геологи Artemis II уже не могут усидеть на месте 19805Эксперты уверены в теплозащитном щите Artemis II, несмотря на проблемы предшественника 19804Выжить внутри торнадо: каково это — когда тебя засасывает в воронку 19803Аляскинские косатки-охотники на млекопитающих замечены у берегов Сиэтла
Ссылка