Kollisionsresonanser mellem ultrakoldt atom og molekyler visualiseret for første gang

For første gang, et team ledet af prof. Jian-Wei Pan og prof. Bo Zhao ved University of Science and Technology of China, med succes har observeret spredning af resonanser mellem atomer og molekyler ved ultra-lave temperaturer, kaster lys over kvante-naturen af ​​atom-molekyle-interaktioner, der hidtil kun er blevet diskuteret i teorien. Disse observationer hjælper i høj grad med udviklingen af ​​ultrakolde polære molekyler og ultrakold kemisk fysik. Den nye indsigt informerer flere andre discipliner, såsom design af ure med høj præcision, kraftfulde mikroskoper, biologiske kompasser og superkraftfulde kvantecomputere.

Feltet kemisk fysik, en underkategori af kvantekemi, har længe fokuseret på at forstå atomer og molekylers interaktioner på deres helt basale niveauer. Specifikt, formålet har været at belyse spredningsresonanserne, et bemærkelsesværdigt kvantefænomen, der forventes at være en rutine frem for en undtagelse ved temperaturer nær absolut nul. Specifikt for denne forskning, fokus har været en forståelse af spredning af resonanser af tunge molekyler ved ultra-kolde temperaturer, forhold, hvor partikler bevæger sig så langsomt, at man har tid nok til både at undersøge og kontrollere deres struktur og bevægelse med enten elektriske eller magnetiske felter.

Den første undersøgelse af sin art er offentliggjort i tidsskriftet Videnskab denne uge. Det beskriver en bestemt type interaktion mellem atomer og molekyler, nemlig kalium-40 ( ⁴⁰ K) atomer og natrium-23-kalium-40 ( ²³ Na ⁴⁰ K) molekyler. Denne interaktion fandt sted ved ultra-lave temperaturer og blev manipuleret af et magnetfelt. Forfatterne var derved i stand til at observere de specifikke spredningsresonanser, mellem de førnævnte atomer og molekyler, som indtil videre kun var teoretiseret.

"Molekylerne er tunge, og strukturen i deres energifelt er meget kompleks, hvilket kan resultere i en stor mængde atom-molekylresonanser, "ifølge Bo Zhao." Teori kan ikke forudsige positionerne af disse atom-molekylresonanser. Faktisk, det er uklart, om atommolekylresonanserne ved ultra-kolde temperaturer er opløselige og observerbare inden vores arbejde, "tilføjer han.

Nyhedsresultaterne tilbyder viden, der kan anvendes til bedre at forstå andre atom-molekyle interaktioner. USTC -teamet har udviklet et værktøj, der præcist kan overvåge partikeladfærd, så en overflod af andre interaktioner og dynamikker kan visualiseres frem for teoretiseret.

I deres fremtidige bestræbelser, teamet sigter mod at udforske endnu flere parametre for at forstå dem. "Det næste trin er at måle flere resonanser og forsøge at forstå dem. Vores håb er at samarbejde med teoretikere og finde en præcis og forudsigelig model, der kan forstå og forudsige atom-molekylets spredning ved ultralave temperaturer. Dette er det ultimative guld at studere ultrakolde kollisioner, der involverer molekyler, "ifølge Zhao.