I et eksperiment har amerikanske fysikere omdannet atomer til molekyler og observeret, at de i millisekunder dansede synkront med hinanden i en kvantetilstand som bølger.
Processen, hvor nedkølede molekyler meget hurtigt bringes i en identisk kvantetilstand, har længe været beskrevet teoretisk som super-kvantekemi (super quantum chemistry), men har aldrig tidligere været observeret i virkeligheden.
I den teoretiske super-kvantekemi opnår forskere fuld kontrol over molekylers kemiske reaktioner. Og hvis de kan styre molekylerne, kan de potentielt løse alverdens problemer.
»Det, vi så, stemte overens med de teoretiske forudsigelser. Dette har været et videnskabeligt mål i 20 år, så det varsler en meget spændende tid,« siger forskningsleder Cheng Chin, der er professor i fysik på University of Chicago i USA, i en pressemeddelelse.
Forskerne har beskrevet deres gennembrud i et studie publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature Physics.
Atomer dannede cæsium-molekyler
I deres eksperiment fik forskerne atomer i grundstoffet cæsium til at parre sig med hinanden og danne molekyler, som befandt sig i den særlige kvantekemiske tilstand
\ Cæsium (Cs):
- Det 55. grundstof i det periodiske system
- Et meget reaktivt metal, der kan reagere med luft og vand
- Bruges i atomure og nogle former for elektronik
Forskerne kølede først cæsium-gas næsten helt ned til det absolutte nulpunkt, hvor al bevægelse stopper. Det absolutte nulpunkt svarer til -273,15 grader Celsius.
I den afkølede tilstand formåede forskerne at placere hvert atom i samme kvantetilstand.
Derefter ændrede de energien i det omgivende magnetfelt, så atomerne kunne binde sig kemisk til hinanden.
Atomerne bandt sig hurtigt til hinanden to og to og dannede molekyler, der befandt sig i en identisk kvantetilstand i flere millisekunder, hvorefter atomerne og molekylerne igen blev nedbrudt og ikke længere svingede sammen i bølger.
Når forskerne lavede det samme eksperiment i en normal, ikke-superkold gas, bandt atomerne sig meget langsommere til hinanden.
\ Specialiseret i ultrakold kvantemekanik
Professor Cheng Chin leder en forskningsgruppe, der er specialiseret i at studere den kvantemekaniske verden ved de laveste temperaturer, videnskaben kan opnå. Det er næsten en milliardtedel af en grad over absolut nul. Absolut nul svarer til -273,15 grader Celsius.
Super-kvantekemi kan bruge til kvantecomputere
Tilstanden, som Cheng Chin og kollegerne har observeret i laboratoriet, giver evidens for, at super-kvantekemi, hvor forskere har fuld kontrol over molekylers kemiske reaktioner, er en mulighed, mener forskerne selv.
Super-kvantekemi kan udnyttes til en lang række formål blandt andet at lave kvantecomputere, forudser de.
»Med denne teknik kan vi styre molekylerne ind i en identisk tilstand,« siger Cheng Chin i pressemeddelelsen.
Super-kvantekemi er stadig hypotetisk
Det er dog en overdrivelse at påstå, at de nye observationer varsler en ny videnskabelig æra, hvor forskere kan styre et hvilket som helst molekyle, vurderer Jan Joachim Arlt, der er lektor på Aarhus Universitets Institut for Fysik og Astronomi.
Super-kvantekemi er stadig et meget hypotetisk scenarium trods observationerne i laboratoriet i Chicago, siger han til Videnskab.dk:
»Observationerne er spændende og kan øge vores forståelse for kvantemekanik. Men det er et indskrænket resultat, hvor forskerne omdanner to specifikke atomer hurtigere end ellers til et meget enkelt molekyle,« pointerer Jan Joachim Arlt, der selv forsker i eksperimentel kvantefysik.
»De observerer et meget specifikt fænomen, og det fremmer vores viden om kvantemekanikkens underliggende processer. Men, jeg synes, de overdriver, når de påstår, at observationen varsler en ny ære.«
»Det gør den ikke, for det ville kræve, at man kan bringe meget mere komplekse molekyler, end dem der her dannes af celsium atomer, i samme tilstand,« siger Jan Joachim Arlt til Videnskab.dk.
Jan Joachim Arlt understreger, at studiet i Nature Physics er god videnskab, men at den teknsike betydning af observationen er meget begrænset.
