Ssylka

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

18883Четыреста колец в туманности эмбрион раскрыли тридцатилетнюю тайну звездной эволюции 18882Телескоп Джеймс Уэбб раскрыл тайны сверхэффективной звездной фабрики стрелец B2 18881Математический анализ истинного количества сквозных отверстий в человеческом теле 18880Почему даже элитные суперраспознаватели проваливают тесты на выявление дипфейков без... 18879Шесть легендарных древних городов и столиц империй, местоположение которых до сих пор... 18878Обзор самых необычных медицинских диагнозов и клинических случаев 2025 года 18877Критическая уязвимость CVE-2025-14847 в MongoDB открывает удаленный доступ к памяти... 18876Научное обоснование классификации солнца как желтого карлика класса G2V 18875Как безграничная преданность горным гориллам привела Дайан Фосси к жестокой гибели? 18874Новый родственник спинозавра из Таиланда меняет представления об эволюции хищников Азии 18873Как новая электрохимическая технология позволяет удвоить добычу водорода и снизить... 18872Могут ли ледяные гиганты Уран и Нептун на самом деле оказаться каменными? 18871Внедрение вредоносного кода в расширение Trust Wallet привело к хищению 7 миллионов... 18870Проверка клинического мышления на основе редких медицинских случаев 2025 года 18869Реконструкция черепа возрастом 1,5 миллиона лет меняет представление об эволюции Homo...