Новости химической науки > «Молекулярный осьминог» - младший брат «кота Шредингера»

Международная группа исследователей впервые продемонстрировала квантовое поведение молекулы, состоящей, боле чем из 400 атомов, таким образом, предоставив новое доказательство в пользу квантовых свойств наночастиц.

Кроме того, можно сказать, что результаты новой работы являются попыткой воспроизведения знаменитого мысленного эксперимента, известного, как «кот Шредингера», однако благодаря форме выбранных молекул, новый эксперимент можно было бы назвать «осьминогом Шредингера» или «молекулярным осьминогом».

Молекулы, использованные в исследовании. (Рисунок из Nature Communications, 2011; 2: 263 DOI: 10.1038/ncomms1263)

С начала ХХ века квантовая механика является одной из основ современной физики, хотя и до настоящего времени некоторые предсказания, основанные на принципах квантовой механики, не согласуются со здравым смыслом и тем, что мы наблюдаем вокруг нас. Впервые это противоречие было сформулировано около 80 лет назад австрийским физиком Эрвином Шредингером, предложившим рассматривать систему как суперпозицию его вероятных состояний (кот Шредингера, который одновременно является живым и мертвым). К счастью для любителей кошек, мысленный эксперимент не может быть реализован на кошках настоящих, тем не менее, рядом экспериментов было продемонстрировано, что некоторые аспекты мысленного эксперимента Шредингера могут быть отработаны на молекулах органических соединений.

В квантовой физике движение массивных частиц описывается за счет привлечения концепции фазовых волн. Упрощая концепцию, можно отметить, что частица теряет классическое свойство с точно определенными координатами в пространстве, а их квантово-волновые функции одновременно распространяются по большой области. До какой-то степени это напоминает ситуацию с котом, который одновременно и живой и мертвый, в физике такая двойственность называется суперпозицией. Маркус Арндт (Markus Arndt) из Вены с соавторами решил выяснить, какова должна быть максимальная сложность объекта, чтобы к нему еще можно было бы приложить законы квантовой физики. Для того, чтобы ответить на это вопрос, исследователи изучали квантовое поведение увеличивающихся по размеру молекул, в особенности – их суперпозиция в различных положениях в интерферометре, однако исследования подобного рода осложняются невысокой стабильностью многих органических молекул в условиях эксперимента.

Многие молекулы могут разрушаться при получении пучка термически активированных частиц, но сотрудничество физиков из Вены с химиками-синтетиками из Швейцарии и США позволило получить устойчивые органические соединения с большим значение молекулярной массы, которые, тем не менее, оставались устойчивыми в ходе критического для успеха эксперимента процесса испарения.

Полученные органические молекулы, содержащие до 430 атомов, позволили исследователям природу фазовых волн для таких режимов массы и размеров объекта, которые ранее не были доступны для эксперимента. Изученные частицы по размеру, массе и сложности сравнимы с инсулином и демонстрируют многие свойства объектов классической физики. Тем не менее, в проеденных экспериментах наглядно было показано, что такие молекулы обладают и волновыми свойствами, которые, обычно, не учитываются в рамках классической физики.

Источник: Nature Communications, 2011; 2: 263 DOI: 10.1038/ncomms1263

метки статьи: #квантовая химия, #нанотехнологии, #органическая химия