• Yeni süper kimyanın gözlemlenmesi için tüm moleküllerin aynı kuantum durumuna getirilmesi gerekiyor.
• Bilim insanları, iki atomlu sezyum molekülleri üzerinde yaptıkları deneylerde manyetik alanı değiştirilen atomların daha hızlı reaksiyona girdiklerini gözlemledi.
• Reaksiyon sonucunda, üçüncü bir atomun moleküller ile bağ kurduğu gözlemlendi.

Araştırmacılar laboratuvarda ilk kez “kuantum süper kimyasını” gözlemledi.

Uzun bir süredir hakkında teoriler üretilen ancak hiç görülmemiş olan kuantum süper kimyası, aynı kuantum durumundaki atom veya moleküllerin, farklı kuantum durumlarındaki atom veya moleküllere kıyasla kimyasal olarak daha hızlı reaksiyona girdiği bir olgu. Kuantum durumu, bir kuantum parçacığının “spin” (açısal momentum) veya “enerji seviyesi” gibi bir özelliği.

Yeni kuantum süper kimyası olgusunu gözlemlemek için araştırmacıların sadece atomları değil, tüm molekülleri aynı kuantum durumuna getirmeleri gerekiyor. Bunu yaptıklarında, kimyasal reaksiyonların tek tek değil toplu olarak gerçekleştiğini gördüler. Atomların yoğunluğu artarsa kimyasal reaksiyonlar da o kadar hızlı olur. Araştırmayı yöneten Chicago Üniversitesinden fizik profesörü Cheng Chin yaptığı açıklamada “Gördüklerimiz teorik tahminlerle örtüşüyor. Bu 20 yıldır bilimsel bir hedefti, bu yüzden çok heyecan verici bir dönem.” dedi.

Ekip, bulgularını 24 Temmuz’da Nature Physics dergisinde yayımladı. Moleküller oluşturmak üzere eşleşen sezyum atomlarında kuantum süper kimyasını gözlemlediler. İlk olarak sezyum gazını, tüm hareketin durduğu nokta olan mutlak sıfıra yakın bir değere gelinceye kadar soğuttular. Soğutulmuş durumda olan her sezyum atomunu aynı kuantum durumuna getirdiler ve sonra atomların kimyasal bağlanmasını başlatmak için çevredeki manyetik alanı değiştirdiler.

Kuantum süper kimyası nerelerde faydalı olabilir?

Bu atomlar, iki atomlu sezyum molekülleri oluşturulmak üzere yapılan deneyde normal, soğutulmamış gazda gerçekleştirdiklerinden daha hızlı bir şekilde birlikte reaksiyona giriyor. Ortaya çıkan moleküller ise birkaç mili saniye boyunca aynı kuantum durumunu paylaştı, ardından atomlar ve moleküller bozulmaya başladı ve artık birlikte salınmadı.

Chin, “Bu teknikle molekülleri özdeş bir duruma yönlendirebilirsiniz.” dedi.

Araştırmacılar, reaksiyonun sonucunun iki atomlu bir molekül olmasına rağmen, aslında üç atomun dahil olduğunu ve yedek bir atomun reaksiyonu kolaylaştıracak şekilde iki bağ atomuyla etkileşime girdiğini gözlemlediler.

Aynı kuantum durumundaki moleküller fiziksel ve kimyasal özellikleri paylaştığından, bu durum kuantum kimyası ve kuantum hesaplama alanındaki uygulamalar için faydalı olabilir. Chin, “çalışmada sadece basit moleküller kullanıldığını, bu nedenle bir sonraki hedefin daha karmaşık moleküllerle kuantum süper kimyası yaratmaya çalışmak olduğunu” söyledi. “Kuantum mühendisliği anlayışımızı ve bilgimizi daha karmaşık moleküllere doğru ne kadar ileri götürebileceğimiz, bilim camiasında önemli bir araştırma konusudur.” dedi.

Derleyen: Burçin Bağatur