In lumea particulelor elementare sunt valabile legile mecanicii cuantice – o teorie oarecum bizara, in cadrul careia particulele (si starea acestora) sunt descrise de asa-numita „functie de unda”. Totusi, pe ce drum merg particulele cuantice? Un experiment ingenios a gasit un raspuns la aceasta intrebare, care ar putea avea aplicatii extrem de importante chiar si in chimie.
Cand aruncam o minge, putem foarte bine sa ne imaginam traiectoria acesteia: daca o aruncam la un anumit unghi va parcurge o parabola si va cadea pe Pamani – dupa un timp care este usor de calculat aplicand legile fizicii clasice. Evident, in fotbal situatia este mai complicata – asta deoarece mingii i se poate da si o miscare de rotatie care complica traiectoria si de multe ori pacaleste ...portarul. Ce se intampla insa in lumea particulelor? In lumea electronilor de exemplu – considerati particule elementare (adica, cel putin la ora actuala, fara structura)? Se comporta la fel ca o minge sau atlcumva? Lumea electronilor, ca si a celorlalte particule mici (atomi si chiar si molecule) este descrisa de teoria mecanicii cuantice – o teorie din multe puncte de vedere „bizara” si care genereaza multe discutii si chiar si certuri in lumea oamenilor de stiinta si a filozofilor care se ocupa de stiinta.
Particulele sunt descrise de o asa-numita functie de unda in cadrul careia electronul poate fi simultan intr-o suprapunere de stari. In momentul in care observam insa electronul functia de unda „colapseaza” intr-una dintre stari (colapsul functiei de unda fiind in continuare intens dicutat de cercetatori). Cum se „misca” insa o particula cuantica? Are sens aceasta intrebare?
Putem verifica fara sa „colapsam” functia de unda? Intrebari la care recent oamenii de stiinta au dat un raspuns in cadrul unui experiment ingenios.
Aparatul folosit de fizicienii de la University of California, Berkeley si de la Washington University in St. Luis este un asa-numit „superconducting quantum device” – deci un aparat care foloseste superconductibilitatea pentru a masura proprietati cuantice. Superconductibilitatea este fenomenul in care rezistenta electrica a unui material devine aproape zero atunci cand temperatura sa este mai mica decat o anumită valoare specifica materialului, denumita temperatura critica.
Sistemul folosit de echipa de cercetatori este un fel de „atom artificial” – adica un sistem cu mai multe nivele de energie, tocmai precum atomul. In acest sistem au fost introduse pachete de microunde (echivalentul particulei cuantice – de exemplu a electronului). Aceste pachete au interactionat cu „atomul artificial” dupa care au fost re-masurate de cercetatori. In urma interactiei cu aparatul pachetele de unde erau ori in starea fundamentala (cea cu energie minima) ori intr-o stare excitata. Cercetatorii au repetat acest experiment cam un milion de ori ca sa poata reconstrui parcursul acestor „particule”. Au reusit astfel sa determine „traiectoria” (echivalentul acesteia) cea mai probabila. La ce concluzie au ajuns? „Particulele” in majoritatea situatiilor au o „traiectorie” convexa – din calcule rezulta ca acea traiectorie este si cea mai probabila! Deci particulele cuantice nu se comporta asa de diferit fata de o minge, dintr-un anumit punct de vedere. Principiul minimei actiuni este valabil si in fizica clasica si in fizica cuantica – aceasta a fost concluzia cercetatorilor care au efectuat experimentul.
Rezultatul acestui experiment ar putea sa fie extrem de folositor celor care se ocupa cu studiul reactiilor chimice – reactii ce stau la baza multor aplicatii: biologie, industria farmaceutica, etc.
Deci modul in care „functioneaza” mecanica cuantica la nivelul atomilor si al moleculelor si intelegerea reactiilor chimice ne-ar putea ajuta sa realizam de exemplu medicamente mai eficiente – care sa funtioneze mai rapid si mai bine.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro
Recomandările noastre
