Ученые только что провели самую холодную химическую реакцию в известной Вселенной

С помощью лазерного оборудования, исследователям удалось провести самую холодную химическую реакцию в известной Вселенной. Этот подвиг обещает раскрыть некоторые важные истины о том, как строительные блоки вещества реагируют при сверхнизких температурах.

Насколько холодна реакция? Мы говорим об области 500 нанокельвинов — всего несколько миллионных градуса выше абсолютного нуля. При таких температурах молекулы замедляются почти до остановки.

Если вы хотите, чтобы произошла химическая реакция, медленные молекулы — это не то, что обычно вам нужно. Но в этом случае снижение температуры и скорости молекул дало команде под руководством Гарвардского университета возможность увидеть то, чего раньше никогда не наблюдалось: момент, когда две молекулы встречаются вместе и образуют … две новые молекулы.

«Вероятно, на ближайшие пару лет мы единственная лаборатория, которая сможет это сделать», — говорит физик Мин-Гуан Ху из Гарвардского университета.

Химические реакции занимают всего лишь пикосекунду, что делает попытку запечатлеть то, что происходит в этот период времени, действительно очень сложной. Даже сверхбыстрые лазеры, выступающие в роли камер, обычно могут фиксировать начало и конец реакции, а не то, что происходит в процессе.

Поэтому замедление реакции при чрезвычайно низких температурах, достигнутых командой, было идеальным решением.

«Поскольку [молекулы] очень холодные, у нас теперь есть эффект узкого места», — говорит химический биолог Кан-Куен Ни из Гарвардского университета.

Самая холодная температура во Вселенной — абсолютный ноль, но этого невозможно достичь, потому что это означает, что атомы полностью остановятся. Мы можем, однако, приблизиться к этому.

Ультранизкие температуры означают сверхнизкую энергию, что, в свою очередь, означает гораздо более медленную реакцию: две молекулы калий-рубидия, выбранные из-за их гибкости, были задержаны на стадии реакции на микросекунды (миллионные доли секунды).

Затем для наблюдения, что происходит с двумя молекулами, была использована методика, известная как детекция фотоионизации, что дало ученым неоценимые реальные данные, которые помогли подтвердить их модели и гипотезы.

Возможность наблюдать за химическими реакциями на таких близких расстояниях и на таком фундаментальном уровне открывает возможность и для разработки новых реакций — можно представить практически неограниченное число комбинаций, потенциально полезных во всем — от конструирования материалов до квантовых вычислений.

Теперь команда исследует способы, которыми химические реакции могут подвергаться влиянию или манипулированию по порядку — либо изменение энергии, участвующей до того, как реакция произойдет, либо даже подталкивание молекул, чтобы изменить реакцию, пока она идет.

«Благодаря возможности управления это временное окно достаточно длинное, и мы можем исследовать его», — говорит Мин-Гуан Ху. «Теперь, используя этот оборудование, мы можем думать о вмешательстве в реакции. Без этой техники, без этого эксперимента мы даже не могли думать об этом».

Исследование опубликовано в журнале Science.