Forskare har avslöjat det extraordinära beteendet hos svagt bundna treatomära molekyler, vilket trotsar konventionell förståelse av kvantmekanik. I en studie som nyligen publicerades i Nature Communications , ett team av forskare från Bar-Ilan University i Israel, i samarbete med teoretiker i USA, kastar ljus över den mystiska motståndskraften hos dessa exotiska molekyler mot dissociation.
Dessa molekyler, kända som Efimov-trimerer, är så svagt bundna att till och med en liten mängd termisk energi förhindrar bildningen. I teorin lever Efimov-trimerer endast inom ett visst parameterutrymme som kräver mycket starka interaktioner mellan ingående atomer. När dessa interaktioner blir svagare förväntas trimererna dissociera antingen till fria atomer eller till en biatomär molekyl och en fri atom.
I sin studie skapade forskarna en speciell miljö på en miljondels grad över absolut noll (en mikrokelvin) för att observera och studera dessa exotiska tillstånd, vilket avslöjade ett anmärkningsvärt fenomen:Efimov-trimerer visar överraskande motstånd mot att gå sönder, även när de är nedsänkta i kontinuumet av tillstånd.
"Vår forskning avslöjar en grundläggande aspekt av kvantmekaniken, som visar uthålligheten hos dessa exotiska molekyler trots att de existerar utanför parameterutrymmet som ursprungligen förutspåddes", förklarar prof. Lev Khaykovich, vid Bar-Ilan Universitys institution för fysik, som ledde studien tillsammans med kollegor. från JILA vid University of Colorado, Boulder, University of Maryland och NIST, College Park, Maryland.
"Denna upptäckt utmanar befintliga paradigm och understryker vikten av nyfikenhetsdriven forskning för att utöka vår förståelse av kvantmekanikens lagar."
Med hjälp av en unik experimentell metod som utvecklats i deras laboratorium skapade forskarna ett kvantmekaniskt superpositionstillstånd av en treatomär molekyl och en biatomär molekyl, tillsammans med en enda fri atom. Genom noggrann observation och analys uppnådde de oöverträffad precision i att mäta energinivåerna för dessa nya molekylära strukturer och avslöjade de oväntade överlevnadsegenskaperna hos Efimov-trimererna.
Påföljande grundlig teoretisk undersökning avslöjade en omformad form av interaktioner som förklarade de experimentella observationerna men som helt förbisågs i alla tidigare studier.
Ett av de mest spännande pusslen som avslöjats av studien som förblir oförklarad är den oväntat långa livslängden för det kvantmekaniska superpositionstillståndet. Detta fenomen har förbryllat forskare över hela världen, öppnat nya vägar för utforskning och omdefinierat gränserna för vår kunskap.
"Detta arbete exemplifierar essensen av nyfikenhetsdriven forskning, vilket leder oss till oväntade världar och ställer djupa frågor som utmanar vår förståelse av universum", säger professor Khaykovich. "Genom samarbete och engagemang fortsätter vi att reda ut mysterierna kring atomers och små molekylers fysik, vilket banar väg för transformativa upptäckter."
Resultaten av denna studie har väckt spänning inom forskarvärlden och visar att även efter årtionden av forskning fortsätter kvantmekaniken att överraska. När forskare påbörjar ytterligare undersökningar lovar resan att avslöja ännu mer fängslande insikter om materiens natur och dess interaktioner.
Mer information: Yaakov Yudkin et al, Omformade trekroppsinteraktioner och observationen av ett Efimov-tillstånd i kontinuumet, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46353-1
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Bar-Ilan University
