Credito:Katz et al.
La chimica quantistica è la branca della chimica che esplora le applicazioni della meccanica quantistica ai sistemi chimici. Gli studi in questo campo possono aiutare a comprendere meglio il comportamento di coppie o gruppi di atomi in uno stato quantistico, nonché le reazioni chimiche risultanti dalle loro interazioni.
Molti studi di chimica quantistica hanno esplorato in modo specifico le interazioni tra coppie di atomi in uno stato quantistico. Sebbene alcuni di questi lavori abbiano raccolto informazioni interessanti, sono stati spesso limitati dalla mancanza di tecniche disponibili per osservare e controllare i risultati delle collisioni di singoli atomi.
I ricercatori del Weizmann Institute of Science hanno cercato di escogitare strumenti nuovi e più avanzati per studiare le interazioni di base tra una singola coppia di atomi. In un articolo recentemente pubblicato su Nature Physics , hanno introdotto una nuova tecnica basata sulla logica quantistica che può essere utilizzata per studiare le interazioni tra un atomo neutro ultrafreddo e uno ione freddo.
"Quando gli atomi vengono sollevati a brevi distanze, possono sperimentare diversi processi come il rilascio di energia o una reazione chimica, che sono governati dalla meccanica quantistica", o Katz, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, che ora è alla Duke Università, ha detto a Phys.org. "Per studiare questi processi possono essere utilizzati metodi precedentemente ideati, ma richiedono l'accesso ottico e il controllo di almeno uno degli atomi, il che a sua volta limita gravemente le specie atomiche e l'insieme di interazioni che possono essere studiate in pratica. Il nostro lavoro allevia questo requisito e ci consente di studiare l'interazione tra molte coppie di atomi utilizzando un solo atomo aggiuntivo, che funge da sonda."
In sostanza, i ricercatori hanno raffreddato il laser e quindi intrappolato una coppia di ioni e una nuvola di atomi neutri. Gli ioni sono stati intrappolati in una trappola Paul, utilizzando campi elettromagnetici. Gli atomi neutri, invece, erano intrappolati in un reticolo ottico, che potevano portare dentro e fuori dalla trappola di Paul a piacimento.
"Studiamo l'interazione di un singolo 'ione chimico' con un atomo neutro misurando l'impronta sul secondo 'ione logico' nella trappola che funge da sonda", ha spiegato Katz. "In particolare, quando lo ione chimico guadagna energia dalla sua interazione con un atomo in un processo esotermico (rilascio di energia), spinge lo "ione logico", che nella nostra configurazione sperimentale, è conseguente alla fluorescenza della luce. Rilevazione di questa luce fluorescente da lo ione logico rivela informazioni sul processo sperimentato dall'altro ione e atomo."
Il recente lavoro di Katz e dei suoi colleghi apre nuove possibilità per lo studio di processi che prima erano difficili o impossibili da sondare sperimentalmente. Ad esempio, la tecnica che hanno introdotto nel loro articolo potrebbe essere utilizzata per misurare nuovi effetti in cui il movimento di atomi e ioni è caratterizzato da interferenza quantistica. Utilizzando strumenti sviluppati in precedenza, questi effetti sarebbero molto difficili da osservare ed esaminare.
"Un suggerimento per tale effetto è già visto in questo lavoro, riflesso nella differenza di sezioni trasversali che viene misurata per l'interazione di diversi isotopi di Sr+ con 87Rb, ma la tecnica non si limita a questo esempio e può essere applicata allo studio effetti quantistici in molte altre coppie", ha aggiunto Katz. "Prevediamo di applicare la stessa tecnica per studiare processi aggiuntivi, come lo scambio di spin e reazioni chimiche."
Oltre a utilizzare la loro tecnica per studiare altri processi, Katz e i suoi colleghi intendono raccogliere ulteriori prove degli effetti di interferenza quantistica. Ciò consentirà loro di valutare ulteriormente il potenziale degli strumenti basati sulla meccanica quantistica per lo studio delle interazioni fondamentali tra atomi. + Esplora ulteriormente
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