Prima reazione di superchimica quantistica ottenuta in laboratorio

I ricercatori hanno riportato le prime prove di superchimica quantistica. Si tratta di un tipo speciale di reazione chimica in cui gli atomi e/o le molecole coinvolti sono tutti nello stesso stato quantico, portando a una reazione collettiva e accelerata. Questo effetto aveva un fondamento teorico, ma la prova della sua fattibilità è stata sfuggente.

Il team ha utilizzato atomi e molecole in un condensato di Bose-Einstein, il cosiddetto quinto stato della materia. A temperature sufficientemente basse, le particelle in questi stati si fondono in un’unica entità meccanica quantistica. Nelle reazioni chimiche normali, singoli atomi o molecole interagiscono per creare nuovi legami. Ma se le particelle sono tutte nello stesso stato quantico, la reazione avviene in modo molto diverso. “Non stai più trattando una reazione chimica come una collisione tra particelle indipendenti, ma come un processo collettivo“, ha dichiarato il Professor Cheng Chin dell’Università di Chicago, il cui laboratorio ha condotto la ricerca. “Tutti stanno reagendo insieme, come un tutt’uno.”

Grazie alle proprietà meccaniche quantistiche del condensato di Bose-Einstein, la reazione avviene più velocemente poiché non dipende dalle singole particelle. In realtà, più particelle sono presenti nel sistema, più veloce è la reazione. Il termine superchimica non è utilizzato senza riflessione.

Il team ha osservato la rapida formazione di molecole non appena è iniziata la reazione. Ciò è stato seguito da oscillazioni durante il processo di equilibrio. Le molecole prodotte sono tutte nello stesso stato. Hanno osservato oscillazioni più veloci in campioni con densità più elevate. Questo è la conseguenza attesa dell’aumento bosonico. “Quello che abbiamo osservato è stato in linea con le previsioni teoriche“, ha detto Chin. “Questo è stato un obiettivo scientifico per 20 anni, quindi è un’era molto eccitante.”

L’esperimento è stato condotto con semplici molecole a due atomi, ma il team riporta che la reazione ha sempre coinvolto tre atomi nonostante uno sia rimasto singolo. Il terzo ha svolto un ruolo, anche se non è chiaro di che tipo di ruolo si tratti. Il team intende effettuare reazioni più complesse per possibili applicazioni industriali e per testare alcune delle leggi fondamentali della fisica. “Fino a che punto possiamo spingere la nostra comprensione e la nostra conoscenza dell’ingegneria quantistica, nelle molecole più complesse, è una direzione di ricerca importante in questa comunità scientifica“, ha detto Chin.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Physics.