Neviditelný čert

Přicházím s dalším článkem z portálu Live Science, který navazuje na předchozí článek Boseho-Einsteinův kondenzát – Pátý stav hmoty, který jsem tady před několika dny zveřejnil a přidal krátký komentář. V tomto případě žádnou poznámku na závěr nepřidám. Musel bych se opakovat. Článek je samozřejmě zajímavý. Pracoval jsem ve vědeckém oddělení a věnoval se především optické emisní spektroskopii. Experimentálně. A k tomu jsem musel poněkud proniknout do kvantové fyziky. Ale nejen díky tomu. Z kvantové fyziky jsem dělal zkoušky už na vysoké škole a během mého působení v oné vědecké instituci si půjčil nebo koupil řadu knížek o kvantové fyzice. Takže něco o tomto tématu vím. To však neznamená, že se všemi interpretacemi kvantově-mechanických rovnic souhlasím. Už jsem to tady několikrát naznačil.

Lucifer

Před více než dvaceti lety vědci předpověděli, že při velmi nízkých teplotách může mnoho atomů podléhat "kvantové superchemii" a chemicky reagovat jako jeden celek. Konečně se ukázalo, že je to skutečné.

Chemie závisí na teple.

Atomy nebo molekuly se náhodně odrážejí, srážejí se a vytvářejí další molekuly. Při vyšších teplotách se atomy srážejí více a rychlost, s jakou se z nich stávají molekuly, se zvyšuje. Pod určitou teplotou reakce neprobíhá vůbec.

Při nejnižších teplotách se však děje něco velmi zvláštního. V tomto extrémním chladu není v podstatě žádná tepelná energie, přesto chemické reakce probíhají rychleji než při vysokých teplotách. Tento jev se nazývá kvantová superchemie. V loňském roce byl konečně prokázán, více než 20 let poté, co jej fyzikové poprvé navrhli.

V tomto experimentu fyzik Cheng Chin z Chicagské univerzity a jeho kolegové přiměli skupinu atomů cesia při teplotě pouhých několika nanokelvinů ke stejnému kvantovému stavu. Překvapivé bylo, že každý atom neinteragoval samostatně. Místo toho 100 000 atomů reagovalo jako jeden, téměř okamžitě.

První demonstrace tohoto podivného procesu otevřela vědcům možnost lépe pochopit, jak chemické reakce probíhají ve zvláštní oblasti kvantové mechaniky, která řídí chování subatomárních částic. Může také pomoci simulovat kvantové jevy, které klasické počítače jen těžko dokáží přesně modelovat, například supravodivost.

Ale co se stane potom, je stejně jako u mnoha jiných pokroků ve výzkumu těžké předvídat. Chin například nemá v plánu přestat se studiem této zvláštní formy chemie.

Termín "superchemie" vznikl v roce 2000, aby přirovnal tento jev k jiným zvláštním jevům, jako je supravodivost a supratekutost, které se objevují, když je velké množství částic ve stejném kvantovém stavu.

Na rozdíl od supravodivosti nebo supratekutosti se však "'superchemie' liší tím, že je zatím sotva realizovaná, zatímco tyto jiné jevy byly rozsáhle studovány v experimentech," uvedl v e-mailu pro Live Science Daniel Heinzen, hlavní autor studie z roku 2000 a fyzik z Texaské univerzity v Austinu.

Heinzen a jeho kolega Peter Drummond, který nyní působí na Swinburne University of Technology v Austrálii, studovali zvláštní stav hmoty známý jako Boseho-Einsteinův kondenzát (BEC), v němž atomy dosahují nejnižšího energetického stavu a vstupují do stejného kvantového stavu. V tomto režimu se skupiny atomů začínají chovat více jako jeden atom. V tomto malém měřítku nelze částice popsat tak, že se nacházejí na určitém místě nebo v určitém stavu. Spíše mají pravděpodobnost, že se nacházejí v daném místě nebo stavu, což je popsáno matematickou rovnicí známou jako vlnová funkce.

V BEC, přesně jak předpověděli Satyendra Nath Bose a Albert Einstein, se jednotlivé vlnové funkce každého atomu stávají jedinou kolektivní vlnovou funkcí. Heinzen a Drummond si uvědomili, že skupina částic se stejnou vlnovou funkcí je podobná laseru – skupině fotonů neboli paketů světla, které mají stejnou vlnovou délku. Na rozdíl od jiných zdrojů světla jsou vrcholy a dna vlny laseru vyrovnané. To umožňuje, aby jeho fotony zůstaly soustředěny v úzkém svazku na velké vzdálenosti nebo aby se rozpadly na záblesky krátké pouhé miliontiny miliardtiny sekundy.

Zdroj: Live Science, Inside the 20-year quest to unravel the bizarre realm of 'quantum superchemistry'

04.04.2024, 12:31:18   Publikoval Luciferkomentářů: 0