Kvantový svet je veľmi zvláštne miesto. Atómy sa v ňom môžu nachádzať vo viacerých stavoch súčasne, môžu sa previazať tak, že prakticky okamžite a na akúkoľvek vzdialenosť zdieľajú informácie, prípadne dokážu tunelovať cez bariéry, ktoré by nemali byť schopné prekročiť.

Najnovšie sa tímu vedcov z Chicagskej univerzity podarilo tento záhadný svet rozšíriť o nový kvantový jav nazývaný „kvantová superchémia“. Hoci tento jav bol dlho teoretizovaný, preukázať sa ho podarilo až fyzikom v novej štúdii publikovanej v žurnále Nature Physics. Na tému upozornil portál NewAtlas.

Zvláštnosti kvantového sveta

V experimente využili vedci zvláštne piate skupenstvo hmoty nazývané Bose-Einsteinov kondenzát (BEC), ktorý predstavuje skupenstvo bozónov vyskytujúcich sa pri teplotách blízkych absolútnej nule. Samotné BEC sú relatívne zvláštne. Tvoria ich bozóny ochladené iba na zlomok teploty nad absolútnou nulou, no ešte nikdy nedosiahli stav absolútnej nuly. V takom stave sa totiž pohyb atómov úplne zastaví.

Pohľad na Bose-Einsteinové kondenzáty. Zdroj: NASA

V prípade dosiahnutého stavu tesne nad absolútnou nulou, ktorý skutočne vieme dosiahnuť, sa síce ešte stále pohybujú, no tento pohyb je minimálny a ich energetický stav je veľmi nízky. Spomalený pohyb zapríčiní, že sa jednotlivé atómy prekrývajú, čím vytvoria hustý oblak atómov, ktorý pôsobí ako jeden veľký  „super-atóm“ alebo vlnová hmota.

V klasickej chémii by sa „zmes“ atómov náhodne zrážala, pričom pri každej zrážke by existovala šanca, že kolidujúce atómy sa spoja a vytvoria molekulu.

V kvantovom svete to ale nie je také jednoduché. Už dlhšie sa predpovedalo, že ak sú atómy v rovnakom kvantovom stave, mali by sa správať kolektívnym spôsobom. Práve túto vlastnosť vedci nazývajú „kvantová superchémia“

„Chemickú reakciu už nepovažujete za kolíziu medzi nezávislými časticami, ale za kolektívny proces,“ uviedol hlavný autor štúdie Cheng Chin. „Všetky reagujú spoločne ako jeden celok.“

Bose-Einsteinov kondenzat. NASA/NIST

Ako prebiehal experiment?

Na dosiahnutie tohto „kvantového superchemického“ javu vedci ochladili atómy cézia na takmer absolútnu nulu a zavreli ich do optickej pasce, čím ešte viac minimalizovali ich pohyb. Následne boli tieto ultrachladné atómy prevedené do rovnakého kvantového stavu, uvádza portál ScienceAlert.

John Zich

Potom výskumníci vyvolali chemickú reakciu na ich premenu na molekuly zapnutím magnetického poľa a analyzovali ich reakcie. Výsledky ukázali, že pozorované chemické reakcie sa v degenerovanom kvantovom plyne riadia úplne inými pravidlami než v „konvenčnom“ plyne

„Ostrý prechod rýchlosti tvorby molekúl v oblasti kritickej teploty (T_c) naznačuje rôzne zákony v klasickom a kvantovo degenerovanom režime“ uvádzajú vedci.