Ученые Гарварда смогли провести самую холодную химическую реакцию в мире

Химическую реакцию при температурах в несколько миллионных долей градуса выше абсолютного нуля смогли осуществить с помощью собственного уникального лазера химики Гарвардского университета, сообщается 29 ноября на сайте университета и в публикации научного журнала Science.

С помощью лазерной ловушки ученые провели реакцию между атомами двух щелочных металлов, калия и рубидия, при температуре 500 нанокельвинов, что на порядки ниже температуры межгалактического вакуума.

«Вероятно, в ближайшие пару лет мы останемся единственной лабораторией, способной осуществить подобное», — заявил один из соавторов работы, докторант Мингуан Ху.

Проведение реакции при ультранизких температурах позволило впервые проследить за тем, как ведут себя молекулы во время реакции. Ранее это было невозможно из-за слишком высокой скорости молекулярного взаимодействия — триллионных или даже квадриллионных долей секунды. При этом электроны в молекулах меняют свои позиции еще на порядок быстрее.

Даже появление ускорителей частиц и сверхбыстрых лазеров, которые используются как своеобразные фотоаппараты, не позволяло химикам получить полную картину происходящего при химических реакциях. Но экстремальное охлаждение удлиннило скорость реакции атомов до микросекунд — миллионных долей секунды, что позволило провести полноценные наблюдения.

Одним из авторов статьи также стала профессор химии и биологии Канкуэн Ни, которая пятью годами ранее приступила к разработке лазера, необходимого для экспериментов при сверхнизких температурах. По словам Ни, низкие температуры позволяют создать эффект «бутылочного горлышка», позволяя измерить то, что невозможно было измерить раньше — что происходит между началом и концом химической реакции.

В своих предыдущих исследованиях Канкуэн Ни и ее коллегам удалось получить «невозможные» соединения, которые не существуют при комнатных температурах, так как слишком быстро разрушаются. При сверхнизких же температурах они остаются стабильными. Подобные соединения можно использовать при создании квантовых компьютеров и других устройств, которые оперируют с единичными атомами и молекулами.

Полученная в нынешнем эксперименте молекула относится к категории таких экзотических структур. В ходе эксперимента ученым удалось проследить за формированием двухатомной структуры, состоящей из одного атома калия и одного атома рубидия, а потом столкнуть их между собой.

В результате образовалась молекула из четырех атомов, которая потом разложилась на чистые рубидий и калий, что подтвердило теоретические выкладки ученых. Таким образом, ученые надеются, что их установка позволит изучить квантовые эффекты в молекулярных взаимодействиях и проверить основные постулаты физики и химии.

Читайте также: Нобелевскую премию по химии в 2019 году вручили за «революционные» элементы питания

Напомним, что 4 декабря 2018 года исследователи из института Макса Планка опубликовали новый рекорд температуры, при которой сохраняется эффект сверхпроводимости у гидридов лантана и иттрия — 250 Кельвинов (примерно -23°С). Предыдущий рекорд, полученный той же группой исследователей под руководством физика Михаила Еремца, составил 203 Кельвина. В мае 2019 года рекорд был официально подтвержден.

Читайте также: Установлен новый рекорд сверхпроводимости — -23°С