Eksotiske molekyler indlejret i kontinuum nægter at bryde fra hinanden og trodser de oprindelige forventninger

Forskere har afsløret den ekstraordinære opførsel af svagt bundne tre-atomare molekyler, der trodser konventionel forståelse af kvantemekanik. I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Nature Communications , et team af videnskabsmænd fra Bar-Ilan University i Israel, i samarbejde med teoretikere i USA, kaster lys over disse eksotiske molekylers mystiske modstandskraft mod dissociation.

Disse molekyler, kendt som Efimov-trimerer, er så svagt bundet, at selv en lille mængde termisk energi forhindrer deres dannelse. I teorien lever Efimov-trimerer kun inden for et bestemt parameterrum, hvilket kræver meget stærke interaktioner mellem konstituerende atomer. Når disse interaktioner bliver svagere, forventes trimererne at dissociere enten til frie atomer eller til et biatomært molekyle og et frit atom.

I deres undersøgelse skabte forskerne et særligt miljø på en milliontedel af en grad over det absolutte nulpunkt (én mikrokelvin) for at observere og studere disse eksotiske tilstande, hvilket afslørede et bemærkelsesværdigt fænomen:Efimov-trimere viser overraskende modstand mod at gå i stykker, selv når de er nedsænket i kontinuum af tilstande.

"Vores forskning afdækker et grundlæggende aspekt af kvantemekanik, der viser vedholdenheden af ​​disse eksotiske molekyler på trods af, at de eksisterer uden for parameterrummet, som oprindeligt var forudsagt," forklarer prof. Lev Khaykovich, fra Bar-Ilan University's Institut for Fysik, der ledede undersøgelsen sammen med kolleger. fra JILA ved University of Colorado, Boulder, University of Maryland og NIST, College Park, Maryland.

"Denne opdagelse udfordrer eksisterende paradigmer og understreger vigtigheden af ​​nysgerrighedsdrevet forskning for at udvide vores forståelse af kvantemekanikkens love."

Ved at bruge en unik eksperimentel metode udviklet i deres laboratorium skabte forskerne en kvantemekanisk superpositionstilstand af et tre-atomært molekyle og et bi-atomært molekyle sammen med et enkelt frit atom. Gennem omhyggelig observation og analyse opnåede de uovertruffen præcision i måling af energiniveauerne af disse nye molekylære strukturer og afslørede de uventede overlevelsesegenskaber af Efimov-trimererne.

Konsekutiv grundig teoretisk undersøgelse afslørede en omformet form for interaktioner, der forklarede de eksperimentelle observationer, men som blev fuldstændig overset i alle tidligere undersøgelser.

Et af de mest spændende gåder afsløret af undersøgelsen, som forbliver uforklaret, er den uventede lange levetid for den kvantemekaniske superpositionstilstand. Dette fænomen har forbløffet videnskabsfolk verden over, åbnet nye veje til udforskning og omdefineret grænserne for vores viden.

"Dette arbejde eksemplificerer essensen af ​​nysgerrighedsdrevet forskning, der fører os til uventede riger og stiller dybe spørgsmål, der udfordrer vores forståelse af universet," siger prof. Khaykovich. "Gennem samarbejde og dedikation fortsætter vi med at opklare mysterierne om atomers og små molekylers fysik, hvilket baner vejen for transformative opdagelser."

Resultaterne af denne undersøgelse har bragt begejstring i forskersamfundet og viser, at selv efter årtiers forskning fortsætter kvantemekanikken med at overraske. Efterhånden som videnskabsmænd går i gang med yderligere undersøgelser, lover rejsen at afdække endnu mere fængslende indsigt i stoffets natur og dets interaktioner.

Flere oplysninger: Yaakov Yudkin et al, Omformede tre-krops-interaktioner og observation af en Efimov-tilstand i kontinuum, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46353-1

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Bar-Ilan University