العلماء أبطأوا التفاعل الكيميائي 100 مليار مرة لمعرفة ماذا سيحدث
تمكّن العلماء من ملاحظة تفاعل مشترك في كيمياء الكم لأول مرة؛ وذلك باستخدام كمبيوتر كمّي لتظليل العملية بسرعة أبطأ 100 مليار مرة عن المعتاد.
تُعرَف هذه التفاعلات باسم (التقاطع المخروطي) وهي معروفة منذ زمن طويل. ولكنها تنتهي عادةً في مجرد فمتوثانية.
-كوادريليون جزء من الثانية- مما يجعل إجراء الملاحظات المباشرة مستحيلًا.
وبدلًا من ذلك، قام فريق بحث من جامعة سيدني في أستراليا وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو بمراقبة التفاعل باستخدام جسيم مشحون محصور في حقل، مما سمح لهم بمتابعة نسخة من العملية التي استمرت إلى الأبد نسبيًا.
تقول (فانيسا أولايا أغوديلو) من كلية الكيمياء بجامعة سيدني: «باستخدام حاسوبنا الكمّي، قمنا ببناء نظام سمح لنا بإبطاء الديناميكيات الكيميائية من الفيمتوثانية إلى المللي ثانية».
«هذا سمح لنا بإجراء ملاحظات وقياسات ذات معنى، لم يتم القيام بذلك من قبل».
تصف التقاطعات المخروطية النقل السريع للطاقة بين أسطح الطاقة الكامنة داخل الجزيئات. على هذا النحو، من الأفضل وصفها باستخدام لغة ورياضيات فيزياء الكم، بما في ذلك المجالات المتداخلة والموجات المتغيرة لسلوك الجسيمات.
من الناحية الكيميائية، تتحكم التفاعلات الكمومية في التفاعلات الضوئية في جميع أنواع العمليات، مثل عملية التمثيل الضوئي والتفاعلات في العين البشرية.
ما جعل هذا البحث الحالي مُمكنًا، هو الطريقة الخاصة التي تمكّن بها العلماء من رسم خريطة لتغير حالة الإلكترون على ميزات النظام باستخدام حاسوب كمي أيوني محصور، حيث تقوم المجالات الكهربائية بالمحاصرة ويقوم الليزر بالتلاعب.
وبمجرد تنفيذ هذه العملية المعقدة، تمكّن الفريق بعد ذلك من إبطاء كل شيء حتى يمكن ملاحظته.
يقارن العلماء هذا بإجراء ملاحظات الديناميكا الهوائية على جناح الطائرة في نفق الرياح.
يقول (كريستوف فالاهو) من كلية الفيزياء بجامعة سيدني: «تجربتنا لم تكن تقريبًا رقميًا للعملية، بل كانت ملاحظة تناظرية مباشرة لديناميكيات الكم التي تتكشف بسرعة يمكننا ملاحظتها».
وبما أن التقاطعات المخروطية شائعة جدًا في الكيمياء الضوئية، فإن البحث الجديد سيكون مفيدًا للغاية في الكثير من مجالات البحث.
إنّه يوضّح كيف يمكن العثور على رؤى جديدة من خلال الباحثين من مختلف مجالات العلوم الذين يعملون معًا.
بشكلٍ عام، تَحمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكثير من الأمل عندما يتعلق الأمر بمحاكاة جميع أنواع التفاعلات.
إن الفهم الأفضل للأحداث الأسرع والأصغر يعني أن لدينا فكرة أفضل عن كيفية الاستفادة منها.
تقول أولايا أغويدلو: «ومن خلال فهم هذه العمليات الأساسية داخل الجزيئات وفيما بينها، يمكننا فتح عالم جديد من الإمكانيات في علم المواد، أو تصميم الأدوية، أو حصاد الطاقة الشمسية».
«ويمكن أن يساعد أيضًا في تحسين العمليات الأخرى التي تعتمد على تفاعل الجزيئات مع الضوء، مثل كيفية إنشاء الضباب الدخاني، أو كيفية تلف طبقة الأوزون».
- ترجمة: نغم تركية
- تدقيق علمي ولغوي: فاطمة قائد
- المصادر: 1
