Voor de eerste keer, een team onder leiding van Prof. Jian-Wei Pan en Prof. Bo Zhao aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China, hebben met succes verstrooiingsresonanties waargenomen tussen atomen en moleculen bij ultralage temperaturen, licht werpen op de kwantumaard van atoom-molecuul-interacties die tot nu toe alleen in theorie zijn besproken. Deze waarnemingen helpen enorm bij de vooruitgang van ultrakoude polaire moleculen en ultrakoude chemische fysica. De nieuwe inzichten informeren verschillende andere disciplines, zoals het ontwerpen van zeer nauwkeurige klokken, krachtige microscopen, biologische kompassen en superkrachtige kwantumcomputers.

Het gebied van de chemische fysica, een subcategorie van kwantumchemie, richt zich al lang op het begrijpen van de interacties van atomen en moleculen op hun zeer basale niveau. specifiek, het doel was om de verstrooiingsresonanties op te helderen, een opmerkelijk kwantumfenomeen dat naar verwachting eerder een routine dan een uitzondering zal zijn bij temperaturen rond het absolute nulpunt. Specifiek voor dit onderzoek, de focus lag op het begrijpen van verstrooiingsresonanties van zware moleculen bij ultrakoude temperaturen, omstandigheden waaronder deeltjes zo langzaam bewegen dat men genoeg tijd heeft om zowel hun structuur en beweging te onderzoeken als te controleren met elektrische of magnetische velden.

De eerste studie in zijn soort is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap deze week. Het beschrijft een specifiek type interactie tussen atomen en moleculen, namelijk kalium-40 ( ⁴⁰ K) atomen en natrium-23-kalium-40 ( ²³ nee ⁴⁰ K) moleculen. Deze interactie vond plaats bij ultralage temperaturen en werd gemanipuleerd door een magnetisch veld. De auteurs waren daardoor in staat om de specifieke verstrooiingsresonanties waar te nemen, tussen de bovengenoemde atomen en moleculen, die tot nu toe alleen getheoretiseerd was.

"De moleculen zijn zwaar, en de structuur van hun energieveld is zeer complex, wat kan resulteren in een grote hoeveelheid atoom-molecuulresonanties, " volgens Bo Zhao. "Theorie kan de posities van deze atoom-molecuulresonanties niet voorspellen. In feite, het is onduidelijk of de atoom-molecuulresonanties bij ultrakoude temperaturen oplosbaar en waarneembaar zijn voorafgaand aan ons werk, " hij voegt toe.

De nieuwsbevindingen bieden kennis die kan worden toegepast om andere atoom-molecuul-interacties beter te begrijpen. Het USTC-team heeft een tool ontwikkeld die het gedrag van deeltjes nauwkeurig kan volgen, zodat een overvloed aan andere interacties en dynamiek kan worden gevisualiseerd in plaats van getheoretiseerd.

In hun toekomstige inspanningen, het team wil nog meer parameters onderzoeken om ze te begrijpen. "De volgende stap is om meer resonanties te meten en te proberen deze te begrijpen. We hopen samen te werken met theoretici en een nauwkeurig en voorspellend model te vinden dat de verstrooiing van atomen en moleculen bij ultralage temperaturen kan begrijpen en voorspellen. Dit is het ultieme goud van het bestuderen van ultrakoude botsingen met moleculen, " volgens Zhao.