Për herë të parë, fizikantët shohin molekulat që formohen përmes tunelit kuantik

Teoria kuantike ofron një zgjidhje nëse jeni të durueshëm. Dhe një ekip studiuesish nga Universiteti i Insbrukut në Austri më në fund ka parë tunelimin kuantik në veprim në një eksperiment të parë në botë që mat bashkimin e joneve të deuteriumit me molekulat e hidrogjenit.

Tuneli është një veçori e universit kuantik që e bën të duket sikur grimcat mund të kalojnë nëpër pengesa që zakonisht janë shumë të vështira për t’u kapërcyer.

Në kimi, kjo pengesë është energjia e nevojshme që atomet të lidhen me njëri-tjetrin, ose me molekulat ekzistuese.

Megjithatë, teoria thotë se, në raste jashtëzakonisht të rralla, është e mundur që atomet në afërsi të ‘tunelojnë’ rrugën e tyre përmes kësaj pengese energjie dhe të lidhen pa asnjë përpjekje.

“Mekanika kuantike lejon grimcat të kalojnë barrierën energjetike për shkak të vetive të tyre të valëve mekanike kuantike dhe ndodh një reagim,” thotë autori i parë Robert Wild, një fizikant eksperimental nga Universiteti i Innsbruck.

Valët kuantike janë fantazmat që drejtojnë sjelljet e objekteve si elektronet, fotonet, madje edhe grupe të tëra atomesh, duke mjegulluar ekzistencën e tyre përpara çdo vëzhgimi, kështu që ata nuk qëndrojnë në një vend të caktuar, por zënë një vazhdimësi pozicionesh të mundshme.

Ky turbullim është i parëndësishëm për objektet më të mëdha si molekulat, macet dhe galaktikat. Por ndërsa zmadhojmë grimcat individuale nënatomike, diapazoni i mundësive zgjerohet, duke detyruar gjendjet e vendndodhjes së valëve të ndryshme kuantike të mbivendosen.

Kur kjo ndodh, grimcat kanë një shans të vogël për t’u shfaqur atje ku nuk kanë asnjë biznes, duke tunele në rajone që përndryshe do të kërkonin një forcë të madhe për të hyrë.

Një nga ato rajone për një elektron mund të jetë brenda zonës së lidhjes së një reaksioni kimik, duke bashkuar atomet dhe molekulat fqinje pa përplasjen e nxehtësisë ose presionit.

Kuptimi i rolit që luan tunelizimi kuantik në ndërtimin dhe rirregullimin e molekulave mund të ketë pasoja të rëndësishme në llogaritjet e çlirimit të energjisë në reaksionet bërthamore, të tilla si ato që përfshijnë hidrogjenin në yje dhe reaktorët e shkrirjes këtu në Tokë.

Ndërsa ne e kemi modeluar këtë fenomen për shembuj që përfshijnë reaksione midis një forme të ngarkuar negativisht të deuteriumit – një izotop hidrogjeni që përmban një neutron – dhe dihidrogjenit ose H2, vërtetimi i numrave në mënyrë eksperimentale kërkon një nivel sfidues saktësie.

Për ta arritur këtë, Wild dhe kolegët e tij ftohën jonet negative të deuteriumit në një temperaturë që i solli ata afër një ndalese përpara se të prezantonin një gaz të bërë nga molekula hidrogjeni.

Pa nxehtësi, joni i deuteriumit kishte shumë më pak gjasa të kishte energjinë e nevojshme për të detyruar molekulat e hidrogjenit në një rirregullim të atomeve. Megjithatë, ajo gjithashtu i detyroi grimcat të uleshin të qetë pranë njëra-tjetrës, duke u dhënë atyre më shumë kohë për t’u lidhur përmes tunelit.

“Në eksperimentin tonë, ne japim reagimet e mundshme në kurth rreth 15 minuta dhe më pas përcaktojmë sasinë e joneve të hidrogjenit të formuar. Nga numri i tyre, ne mund të nxjerrim përfundimin se sa shpesh ka ndodhur një reagim,” shpjegon Wild.

Kjo shifër është pak më shumë se 5 x 10-20 reagime në sekondë që ndodhin në çdo centimetër kub, ose rreth një ngjarje tunelimi për rreth çdo njëqind miliardë përplasje. Pra jo shumë. Megjithëse eksperimenti mbështet modelimin e mëparshëm, duke konfirmuar një pikë referimi që mund të përdoret në parashikime diku tjetër.

Duke pasur parasysh që tuneli luan një rol mjaft të rëndësishëm në një gamë të larmishme reaksionesh bërthamore dhe kimike, shumica e të cilave gjithashtu ka të ngjarë të ndodhin në thellësitë e ftohta të hapësirës, marrja e një kontrolli të saktë të faktorëve në lojë na jep një bazë më të fortë për bazën. parashikimet tona mbi.