فیزیک‌دانان تجربی مولکول ساده‌ی در حال تجزیه‌ای را ردیابی کرده‌اند تا بفهمند چه زمانی می‌توان از توصیف کوانتومی و چه زمانی از توصیف نیمه‌کلاسیکی استفاده کرد.

فلاسک‌ها و صفحات داغ ابزارهایی بسیار ابتدایی و اولیه برای شیمی فوق‌سرد به حساب می‌آیند. در عوض شیمی‌دان‌ها واکنش‌های شیمیایی را با لیزرها به پیش می‌برند که برای کنترل حالات کوانتومی تک‌تک اتم‌ها و مولکول‌ها در دماهای نزدیک به صفر مطلق بکار می‌رود. تانیا زلوینسکی (Tanya Zelevinsky ) و همکارانش از دانشگاه کلمبیا اکنون از این رهیافت دقیق برای تعیین این‌که چه زمانی یک واکنش ساده (تجزیه‌ی یک مولکول دو اتمی) باید به طریق کوانتومی و چه زمانی به طریق (تاحدودی) کلاسیکی توصیف شود، استفاده کرده‌اند.

سه سال پیش وقتی گروه زلوینسکی از نور لیزر برای تجزیه‌ی دو اتم استرانسیوم فوق‌سرد (با پیوند سست) استفاده می‌کردند، به این موضوع علاقه‌مند شدند. اگر این مولکول دواتمی مثل دو توپ کلاسیکی با فنری بهم بسته شده‌ باشند در این صورت جداکردن آن‌ها باعث خواهد شد تا اتم‌ها در جهات مخالفِ هم پرواز کنند. اما این گروه توزیع زاویه‌ای بسیار پیچیده‌تری را یافته‌اند که پیشنهاد می‌دهد که طبیعت موجی دو اتم، مسیر پرتاب اتم‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

اکنون این تیم کنترل خود را بر روی حالت کوانتومی اولیه‌ی مولکول‌های Sr₂ کامل‌تر کرده‌اند که تا چند میلی‌ کلوین سرد شده‌اند. آن‌ها همچنین این الگو را حول گستره‌ی وسیعی از انرژي‌های تجزیه مورد مطالعه قرار داده‌اند؛ پارامتری که با فرکانس لیزر قابل کنترل است. وقتی این انرژی در حال افزایش است، تقاطعی مشاهده می‌شود که در آن، از حالتی که تنها با مدل کوانتومی قابل پیش‌بینی است به بخشی که با مدل کلاسیکی توصیف می‌شود، گذاری رخ می‌دهد. این تقاطع تقریباً جایی رخ می‌دهد که انرژی تجزیه از انرژی دورانی مولکول پیشی می‌گیرد و نقطه‌ی تیزی بحساب نمی‌آید. اما اگر بتوان این ناحیه‌ی گذار را به دام انداخت، پژوهش‌گران می‌توانند محدودیت‌های مدل کلاسیکی (که اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرند) را درک کنند؛ مدلی که تصور و مطالعه‌ی آن آسان‌تر از مدل‌های کوانتومی است.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز و فیزیکال ریویوی A انتشار یافته است.

درباره‌ی نویسنده:

جسیکا توماس (Jessica Thomas) ویراستار مجله‌ی فیزیک است.

منبع:

The Quantum and Classical Sides of a Chemical Reaction