Forskare har länge misstänkt att ett kvantfenomen kan spela en roll i fotosyntes och andra kemiska reaktioner i naturen, men vet inte säkert eftersom ett sådant fenomen är så svårt att identifiera.

Forskare från Purdue University har visat ett nytt sätt att mäta fenomenet intrassling i kemiska reaktioner - kvantpartiklarnas förmåga att upprätthålla en speciell korrelation med varandra över ett stort avstånd.

Att avslöja exakt hur kemiska reaktioner fungerar kan ge sätt att efterlikna eller återskapa dem i ny teknik, till exempel för att designa bättre solenergisystem.

Studien, publicerades fredagen (2 augusti) i Vetenskapens framsteg , generaliserar ett populärt teorem som kallas "Bells ojämlikhet" för att identifiera intrassling i kemiska reaktioner. Förutom teoretiska argument, forskarna validerade också den generaliserade ojämlikheten genom en kvantsimulering.

"Ingen har experimentellt visat intrassling i kemiska reaktioner ännu eftersom vi inte har haft ett sätt att mäta det. För första gången, vi har ett praktiskt sätt att mäta det, sa Saber Kais, en professor i kemi vid Purdue. "Frågan är nu, kan vi använda intrassling till vår fördel för att förutsäga och kontrollera resultatet av kemiska reaktioner?"

Sedan 1964, Bells ojämlikhet har blivit allmänt validerad och fungerar som ett starttest för att identifiera intrassling som kan beskrivas med diskreta mätningar, som att mäta orienteringen av en kvantpartikels spinn och sedan avgöra om den mätningen är korrelerad med en annan partikels spinn. Om ett system bryter mot ojämlikheten, då finns det förveckling.

Men att beskriva intrassling i kemiska reaktioner kräver kontinuerliga mätningar, såsom de olika vinklarna på strålarna som sprider reaktanterna och tvingar dem att kontakta och omvandlas till produkter. Hur insatserna förbereds bestämmer resultatet av en kemisk reaktion.

Kais team generaliserade Bells ojämlikhet till att inkludera kontinuerliga mätningar i kemiska reaktioner. Tidigare, satsen hade generaliserats till kontinuerliga mätningar i fotoniska system.

Teamet testade den generaliserade Bells ojämlikhet i en kvantsimulering av en kemisk reaktion som ger molekylen deuteriumhydrid, bygger på ett experiment av forskare vid Stanford University som syftade till att studera kvanttillstånden för molekylära interaktioner, publicerades 2018 i Naturkemi .

Eftersom simuleringarna validerade Bells's teorem och visade att intrassling kan klassificeras i kemiska reaktioner, Kais team föreslår att ytterligare testa metoden på deuteriumhydrid i ett experiment.

"Vi vet ännu inte vilka utgångar vi kan kontrollera genom att dra fördel av intrassling i en kemisk reaktion - bara att dessa utgångar kommer att vara annorlunda, "Att göra intrassling mätbar i dessa system är ett viktigt första steg."