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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка