Ученые замедлили химическую реакцию в 100 миллиардов раз

Впервые ученые непосредственно наблюдали молекулярный танец, который имеет решающее значение для основных химических реакций, таких как фотосинтез. Они сделали с помощью квантового компьютера, чтобы замедлить химическую реакцию в 100 миллиардов раз.

Новое исследование, опубликованное 28 августа в журнале Nature Chemistry, описывает разновидности молекулярного взаимодействия, известного как коническое пересечение. Конические пересечения - это точки в геометрии молекул, где энергия между двумя поверхностями одинакова. Они действуют немного как воронки между электронными состояниями, обеспечивая быстрые переходы, которые приводят к химическим реакциям. Конические пересечения происходят во многих реакциях, например, при фотосинтезе и реакции обнаружения света, которая происходят в сетчатке.

Однако, поскольку эти реакции происходят чрезвычайно быстро, ученые никогда не наблюдали конического пересечения в действии. Для этого исследователи из Университета Сиднея использовали устройство, называемое квантовым компьютером с захваченными ионами, которое помещает квантовые частицы в электрические поля и манипулирует ими с помощью лазеров.

"В природе весь процесс завершается в течение фемтосекунд, - говорит Ванесса Олайя Агудело, докторантка по химии, которая является соавтором нового исследования. - Это миллиардная часть миллионной — или одна квадриллионная секунды. Используя наш квантовый компьютер, мы создали систему, которая позволила нам замедлить химическую динамику с фемтосекунд до миллисекунд".

Это замедление позволило исследователям провести значимые измерения реакции по мере ее протекания.

"Наш эксперимент не был цифровым приближением - это было прямое аналоговое наблюдение квантовой динамики, разворачивающейся со скоростью, которую мы могли наблюдать", - говорится в заявлении соавтора исследования Кристофа Валаху, физика из Университета Сиднея.

Понимание этой сверхбыстрой динамики может дать новое представление о химических реакциях для различных применений.

"Понимая базовые процессы внутри молекул и между ними, мы можем открыть новый мир возможностей в материаловедении, разработке лекарств или аккумуляции солнечной энергии", - заключает Олайя Агудело.