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

20099Нейронаука одиночества: есть ли в мозге клетки, которые страдают? 20098Почему глаза так долго привыкают к темноте — и что за этим стоит? 20097Мыть или не мыть рис: что реально происходит в кастрюле 20095Мне не предоставили текст для написания статьи. 20094Мыть или не мыть рис: что реально происходит в кастрюле 20092Почему глаза так долго привыкают к темноте — и что за этим стоит? 20087Игла сквозь череп: медицинский случай с рыбой-иглой и задачей, которую хирурги решали... 20085Живая квантовая сеть в Нью-Йорке: как Qunnect пытается построить интернет, который нельзя... 20084Живые обои: дрожжи, алгинат и 3D-принтер вместо поклейки 20083ИИ-агент уничтожил базу данных за 9 секунд и сам же признался в этом 20082CVE-2026-5027: почему уязвимость в Langflow уже активно эксплуатируется хакерами? 20081GreatXML: новый обход BitLocker через Recovery Partition 20080Июньский Patch Tuesday 2026: 206 уязвимостей, три zero-day и неуправляемый ИИ в поиске дыр
Ссылка