Oamenii de știință au creat recent o moleculă de patru atomi, cea mai rece moleculă de acest tip realizată vreodată, devenind un nou record.

O moleculă de patru atomi a stabilit un nou record pentru cea mai rece moleculă

Cercetătorii au creat această moleculă ciudată - o configurație de sodiu-potasiu cu o legătură chimică foarte lungă. Ei au prezentat rezultatul pe 31 ianuarie în revista Nature.

Aceste configurații permit oamenilor de știință să controleze cu precizie energia particulelor pentru a crea simulări cuantice. Aceste simulări modelează alte sisteme cuantice cu o fizică pe care nu o înțelegem pe deplin. De exemplu, studierea comportamentului cuantic într-un sistem de molecule ar putea ajuta într-o zi oamenii de știință să identifice proprietățile materiale necesare în cazul superconductorilor de înaltă temperatură.

Problema este că există un compromis. Este posibil ca un sistem prea simplu să nu surprindă întreaga gamă de comportamente din sistemele cuantice. Dar dacă se adaugă mai multă complexitate, proiectarea unui experiment eficient devine mai dificilă:

„De obicei, oamenii folosesc atomi sau ioni. Asta îi face oarecum controlabili prin faptul că avem un număr relativ limitat de stări cuantice", a declarat Roman Bause, cercetător în domeniul opticii cuantice la Universitatea din Groningen, Olanda, pentru Live Science.

Toate aceste stări cuantice suplimentare deschid întrebări complexe

Pentru a rezolva această problemă, în noul studiu, Tao Shi, fizician la Academia Chineză de Științe, și colaboratorii internaționali au folosit un proces de răcire în mai multe etape, începând cu răcirea cu laser pentru a crea moleculele care au bătut acest nou record.

Această metodă de răcire folosește raze laser trase din toate direcțiile asupra unui atom în mișcare. Atomul absoarbe lumina și intră într-o stare cuantică, apoi eliberează imediat energie pentru a reveni la starea inițială. Dar, din cauza modului în care atomul se mișcă în raport cu razele laser (cunoscut sub numele de efect Doppler), atomul eliberează mai multă energie decât absoarbe, răcindu-se singur:

„Problema cu utilizarea acestei tehnici pentru molecule este că nu există doar o singură stare fundamentală. Ai avea nevoie de mii de fascicule laser. Acest lucru este un efort tehnic prea mare", a spus Bause.

Cu toate acestea, atomii ultrareci sunt un punct de plecare excelent pentru a construi molecule ultrareci. Folosind un amestec de atomi de sodiu (Na) și potasiu (K), echipa lui Shi a asociat aceste particule unice în molecule diatomice NaK.

Dificultățile tehnice din timpul stabilirii noului record

Aici au început cu adevărat dificultățile tehnice:

„Problema cu asocierea atomilor reci este că îi încălzești în timp ce faci acest lucru. Ulterior ai nevoie de o altă tehnică de răcire, răcirea prin evaporare", a spus Bause.

Din motive pe care nimeni nu le înțelege prea bine, în aceste condiții de răcire, moleculele se lipesc între ele și oamenii de știință nu le mai poate controla cu precizie. Această provocare i-a pus în încurcătură pe cercetătorii din domeniu de ani de zile.

Dar, prin ajutorul unor microunde controlate cu precizie, echipa lui Shi a depășit problema aglomerării moleculelor diatomice de NaK în timp ce acestea erau răcite până la 134 nanokelvin.

Microundele au avut, de asemenea, un avantaj unic. Au făcut ca cele două molecule de NaK să se asocieze ușor și să formeze o moleculă de patru atomi de (NaK)2.

Ca atare, această moleculă de patru atomi, prima de acest fel, are o legătură centrală de 1000 de ori mai lungă decât legătura dintre atomii de sodiu și potasiu și a fost creată la o temperatură de peste 3000 de ori mai rece decât orice altă moleculă de patru atomi anterioară.

Noile descoperiri vor duce în cele din urmă la supraconductori de înaltă temperatură. De asemenea, descoperirea va ajuta și în industria care fabrică baterii de litiu.