تیمی از محققان دانشگاه شیکاگو به رهبری پروفسور چنگ چین به کشفی پیشگامانه در زمینه شیمی کوانتومی دست یافته اند. آنها اولین شواهد را برای «اَبَرشیمی شیمی کوانتومی» ارائه کرده‌اند، پدیده‌ای که در آن ذرات در همان حالت کوانتومی تحت واکنش‌های شتاب‌دهی جمعی قرار می‌گیرند.
یافته‌های این تیم که در Nature Physics منتشر شده است، یک گام مهم به جلو را نشان می‌دهد و دری به سمت یک رشته مطالعاتی جدید باز می‌کند. آنها با سرد کردن اتم‌های سزیم و جذب آنها به حالت کوانتومی یکسان، نحوه واکنش اتم‌ها برای تشکیل مولکول‌ها را مشاهده کردند.
در شیمی سنتی، اتم های منفرد با احتمالی بر خورد می کنند تا به شکل یک مولکول ترکیب شوند، اما در ابرشیمی کوانتومی، اتم‌ها در یک حالت کوانتومی به طور جمعی اعمال را انجام می‌دهند. این رفتار جمعی منجر به واکنش‌های شیمیایی سریع‌تر شده و همچنین نرخ واکنش به علت افزایش تعداد اتم‌ها در سیستم نیز افزایش می‌یابد. علاوه بر این، مولکول های حاصله، از حالت مولکولی یکسانی برخوردارند که می تواند خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی داشته باشند.
آزمایش‌های این تیم همچنین نشان داد که واکنش اغلب به صورت یک برهمکنش سه جسمی انجام می‌شود که سه اتم با هم برخورد می‌کنند، دو اتم یک مولکول را تشکیل می‌دهند و اتم باقیمانده در فرآیند واکنش نقش ایفا می‌کند. این مشاهدات دینامیک منحصر به فرد ابر شیمی کوانتومی را بیشتر برجسته می کند.
محققان در مورد چشم انداز کشف خود هیجان زده هستند، چرا که این کشف را برای پیشرفت در زمینه های مختلف هموار می کند. واکنش‌های شیمیایی تقویت‌شده کوانتومی کاربردهای بالقوه‌ای در شیمی کوانتومی، محاسبات کوانتومی و سایر فناوری‌ها دارند. علاوه بر این، توانایی هدایت مولکول‌ها به حالت‌های خاص می‌تواند پیامدهای مهمی برای ایجاد دسته‌هایی از مولکول‌ها با خواص دلخواه داشته باشد.
این تیم قصد دارد تحقیقات خود را برای رسیدگی به مولکول‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر گسترش دهد و مرزهای مهندسی کوانتومی را پیش ببرد و درک ما از پدیده‌های کوانتومی را بیشتر کند. در نهایت، این پیشرفت در ابر شیمی کوانتومی، راه‌های جدیدی را برای پیشرفت‌های تکنولوژیکی و کاوش عمیق‌تر قوانین اساسی جهان باز می‌کند.
منبع
Zhendong Zhang et al, Many-body chemical reactions in a quantum degenerate gas, Nature Physics (2023)
DOI: 10.1038/s41567-023-02139-8
Journal information: Nature Physics
