Investigadores observan por primera vez "super química cuántica" en un laboratorio

Un grupo de científicos de la Universidad de Chicago lograron un avance sin igual, ya que demostraron la viabilidad de la "superquímica cuántica", que anteriormente solo se había predicho teóricamente, pero jamás se había observado en un laboratorio.

La Superquímica cuántica es el fenómeno en el cual partículas en el mismo estado cuántico experimentan reacciones colectivas aceleradas.

Mediante un comunicado en el portal de la Universidad dieron a conocer que la investigación científica fue publicada en la revista Nature Physics.

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Según el comunicado, los científicos están interesados en estudiar lo que se conoce como "reacciones químicas mejoradas cuánticamente", las cuales podrían tener aplicaciones en la química cuántica, la computación cuántica y otras tecnologías, además de contribuir a una mejor comprensión de las leyes del universo.

Los investigadores, como Cheng Chin, profesor de Física y miembro del Instituto James Franck y del Instituto Enrico Fermi de la Universidad de Chicago, quien además es uno de los autores principales del estudio, comentaron en el comunicado lo siguiente:

Lo que vimos se alineó con las predicciones teóricas”. Este ha sido un objetivo científico durante 20 años, por lo que es una era muy emocionante”.

Cómo se realizó esta investigación

El laboratorio donde se llevó a cabo el trabajo es el del profesor Cheng Chin, el cual se especializa en trabajar con partículas mantenidas a temperaturas muy bajas.

Anteriormente, se había teorizado que un grupo de átomos y moléculas en el mismo estado cuántico se comportaría de manera diferente durante las reacciones químicas.

El grupo de Chin, quienes participaron en esta investigación, tienen experiencia en conducir átomos a estados cuánticos, pero las moléculas son más grandes y mucho más complejas que los átomos, por lo que el grupo tuvo que inventar nuevas técnicas para manejarlas.

En cuanto al experimento, los científicos enfriaron los átomos de cesio y los fusionaron en el mismo estado cuántico. Luego, observaron cómo los átomos reaccionaban para formar moléculas.

Por otra parte, los científicos explican que en la química ordinaria, los átomos individuales colisionarían y existe la probabilidad de que cada colisión forme una molécula. A pesar de esto , la mecánica cuántica predice que los átomos en un estado cuántico realizan acciones colectivas en su lugar.

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Ya no estás tratando una reacción química como una colisión entre partículas independientes, sino como un proceso colectivo. Todos ellos están reaccionando juntos, como un todo”. Explicó Chin en el comunicado .

Una consecuencia es que la reacción ocurre más rápido de lo que ocurriría en condiciones ordinarias. De hecho, cuantos más átomos haya en el sistema, más rápida será la reacción.

Otra consecuencia es que las moléculas finales comparten el mismo estado molecular. Chin explicó que las mismas moléculas en diferentes estados pueden tener diferentes propiedades físicas y químicas, pero hay momentos en los que desea crear un lote de moléculas en un estado específico. En la química tradicional, estás tirando los dados. “Pero con esta técnica, puedes dirigir las moléculas a un estado idéntico”, dijo.

Shu Nagata, estudiante de posgrado y coautor del artículo, agregó que vieron evidencia de que la reacción se estaba produciendo como una interacción de tres cuerpos con más frecuencia que como una interacción de dos cuerpos. Es decir, colisionarían tres átomos; dos formarían una molécula, y el tercero permanecería solo. Pero el tercero jugó algún papel en la reacción.

Por último, los científicos esperan que este gran avance sea el comienzo de una nueva era. Aunque este experimento se realizó con moléculas simples de dos átomos, planean trabajar para manejar moléculas más grandes y complejas.

Hasta dónde podemos llevar nuestra comprensión y nuestro conocimiento de la ingeniería cuántica, en moléculas más complicadas, es una dirección de investigación importante en esta comunidad científica", Finalizo Chin, en el comunicado

Con Información de DW/ Portal de la Universidad de Chicago