Chemie vyžaduje úsilí. Budování molekul obvykle vyžaduje určité náklady na energii, ať už zvýšením teploty, zvýšením pravděpodobnosti srážky odpovídajících atomů při horké srážce nebo zvýšením tlaku a jejich sevřením.
Kvantová teorie poskytuje řešení, pokud jste trpěliví. Tým výzkumníků z univerzity v Innsbrucku v Rakousku konečně viděl kvantové tunelování v akci v prvním experimentu na světě, který měří fúzi iontů deuteria s molekulami vodíku.
Tunel je podivnost v kvantovém vesmíru, díky které se zdá, že částice mohou procházet překážkami, které by bylo za normálních okolností obtížné překonat.
V chemii je touto překážkou energie potřebná k tomu, aby atomy komunikovaly mezi sebou nebo s existujícími molekulami.
Teorie však tvrdí, že v extrémně vzácných případech je možné, aby si atomy blízko „tunelu“ prorazily cestu přes tuto energetickou bariéru a spojily se bez jakéhokoli úsilí.
„Kvantová mechanika umožňuje částicím prorazit energetickou bariéru díky jejich vlastnostem kvantově mechanických vln a dochází k interakci,“ On říká První autor Robert Wilde, experimentální fyzik z University of Innsbruck.
Kvantové vlny jsou duchové, kteří řídí chování věcí, jako jsou elektrony, fotony a dokonce celé skupiny atomů, zamlžují jejich existenci před jakýmkoli pozorováním, takže nesedí na žádném konkrétním místě, ale zaujímají kontinuum možných pozic.
Toto stmívání není významné pro větší objekty, jako jsou částice, kočky a galaxie. Ale jak přibližujeme jednotlivé subatomární částice, rozsah možností se rozšiřuje, což nutí stavy místa různých kvantových vln k překrývání.
Když se to stane, částice mají jen malou šanci, že se objeví tam, kde nemají žádnou práci, nebo že se proniknou do oblastí, které by vyžadovaly velkou sílu, aby se dostaly dovnitř.
Jedna z těchto oblastí elektronu může být v oblasti vazby chemické reakce, kde svařuje sousední atomy a molekuly dohromady, aniž by prorazil teplo nebo tlak.
Pochopení role, kterou hraje kvantové tunelování při budování a přeskupování molekul, by mohlo mít důležité důsledky pro výpočty uvolňování energie při jaderných reakcích, jako jsou reakce zahrnující vodík ve hvězdách a fúzních reaktorech zde na Zemi.
zatímco Tento fenomén jsme modelovali Například zahrnující reakce mezi záporně nabitou formou deuteria – izotopu vodíku, který obsahuje neutron – a dihydrogenem neboli H2Experimentální prokázání čísel vyžaduje obtížnou úroveň přesnosti.
Aby toho dosáhli, Wilde a jeho kolegové ochladili záporné ionty deuteria na teplotu, která je přivedla téměř k zastavení před zavedením plynu vyrobeného z molekul vodíku.
Bez tepla byla pravděpodobnost, že iont deuteria získá energii potřebnou k donucení molekul vodíku přeskupit atomy, mnohem nižší. Nicméně to také přinutilo částice sedět tiše blíže k sobě, což jim poskytlo více času na spojení skrz tunely.
„V našem experimentu dáváme potenciálním reakcím v pasti asi 15 minut a poté určíme množství vytvořených vodíkových iontů. Z jejich počtu můžeme odvodit, jak často bude reakce probíhat,“ Wilde vysvětluje.
Toto číslo je něco málo přes 5 x 10-20 Reakce za sekundu, ke kterým dojde na kubický centimetr, nebo přibližně jedna událost tunelování na sto miliard kolizí. Takže nic moc. Přestože zkušenosti podporují předchozí modelování, potvrzují kritérium, které lze použít v předpovědích jinde.
Vzhledem k tomu, že tunely hrají poměrně důležitou roli v různých jaderných a chemických reakcích, z nichž mnohé se pravděpodobně odehrávají také v chladných hlubinách vesmíru, získávání jemného uchopení faktorů, které jsou ve hře, nám dává pevnější základ pro vládnutí. Naše očekávání jsou splněna.
Tento výzkum byl publikován v Příroda.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
