För första gången, ett team ledd av prof. Jian-Wei Pan och prof. Bo Zhao vid University of Science and Technology i Kina, har framgångsrikt observerat spridningsresonanser mellan atomer och molekyler vid ultralåga temperaturer, belyser kvantkaraktären av atom-molekylinteraktioner som hittills bara diskuterats i teorin. Dessa observationer hjälper starkt till framsteg för ultrakalla polära molekyler och ultrakall kemisk fysik. Den nya insikten informerar flera andra discipliner, som att designa högprecisionsklockor, kraftfulla mikroskop, biologiska kompasser och superkraftfulla kvantdatorer.

Fältet kemisk fysik, en underkategori av kvantkemi, har länge fokuserat på att förstå interaktioner mellan atomer och molekyler på deras mycket grundläggande nivåer. Specifikt, syftet har varit att belysa spridningsresonanserna, ett anmärkningsvärt kvantfenomen som förväntas vara en rutin snarare än ett undantag vid temperaturer nära absolut noll. Specifikt för denna forskning, fokus har varit förståelse för spridningsresonanser av tunga molekyler vid ultrakalla temperaturer, förhållanden under vilka partiklar rör sig så långsamt att man har tillräckligt med tid att både undersöka och styra deras struktur och rörelse med antingen elektriska eller magnetiska fält.

Den första studien i sitt slag publiceras i tidskriften Vetenskap Denna vecka. Den beskriver en specifik typ av interaktion mellan atomer och molekyler, nämligen kalium-40 ( ⁴⁰ K) atomer och natrium-23-kalium-40 ( ²³ Na ⁴⁰ K) molekyler. Denna interaktion ägde rum vid ultralåga temperaturer och manipulerades av ett magnetfält. Författarna kunde därigenom observera de specifika spridningsresonanserna, mellan de ovan nämnda atomerna och molekylerna, som hittills bara var teoretiserad.

"Molekylerna är tunga, och strukturen för deras energifält är mycket komplex, vilket kan resultera i en stor mängd atom-molekylresonanser, " enligt Bo Zhao. "Teorin kan inte förutsäga positionerna för dessa atom-molekylresonanser. Faktiskt, det är oklart om atommolekylresonanserna vid extremt kalla temperaturer är lösbara och observerbara före vårt arbete, " han lägger till.

Nyhetsfynden erbjuder kunskap som kan användas för att bättre förstå andra atom-molekyl-interaktioner. USTC -teamet har tagit fram ett verktyg som noggrant kan övervaka partikelbeteende så att en uppsjö av andra interaktioner och dynamik kan visualiseras snarare än teoretiseras.

I deras framtida strävanden, laget siktar på att utforska ännu fler parametrar för att förstå dem. "Nästa steg är att mäta fler resonanser och försöka förstå dem. Vår förhoppning är att samarbeta med teoretiker och hitta en exakt och förutsägbar modell som kan förstå och förutsäga atommolekylen vid ultralåga temperaturer. Detta är det ultimata guldet att studera ultrakalla kollisioner som involverar molekyler, "enligt Zhao.