Bilim insanları bir kimyasal reaksiyonu 100 milyar kat yavaşlattı

Kuantum kimyasında konik kesişme olarak bilinen yaygın etkileşimler uzun zamandır biliniyor. Ne var ki saniyenin katrilyonda biri (femtosaniye) kadar bir sürede sona erdikleri için doğrudan gözlemlerinin yapılması imkansızlaşıyor. Peki nedir bu konik kesişme?

Elektronların moleküller içinde hareket ettiğini ve moleküler reaksiyonlar gerçekleştirdiğini hayal edelim. Elektronların enerji seviyeleri arasındaki geçişler, genellikle belirli enerji yüzeylerinde meydana geliyor. Ancak bazen farklı enerji yüzeyleri bir noktada kesişip farklı kimyasal reaksiyonlar verebiliyor. Bu noktaya da ‘konik kesişme’ deniyor.

Avustralya’daki Sydney Üniversitesi ve San Diego’da Kaliforniya Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, bir alana hapsedilmiş yüklü bir parçacığı kullanarak reaksiyonu izledi. Üstelik süreci tekrar tekrar izleyebilecekleri bir versiyonuna da sahipler.

Nature Chemistry dergisinde yayınlanan çalışmada ekip, konik kesişmeyi gözlemlemeyi kuantum bilgisayarlarından faydalanarak kimyasal reaksiyonları femtosaniyelerden milisaniyeye yavaşlatmalarını sağlayacak bir sistem inşa ederek başardı.

Kimyasal açıdan kuantum reaksiyonları fotosentez ve insan gözündeki reaksiyonlar gibi her türlü senaryoda ışığa dayalı reaksiyonları belirleyen şeydir. Bu yeni araştırmayı mümkün kılan da elektrik alanlarını hapsetme ve lazerleri manipüle etme işlemlerinin gerçekleştirildiği bir iyon kuantum bilgisayarı kullanarak, elektronların durumunu değiştirebilmeleri oldu. Ekip bu karmaşık süreci gerçekleştirebildiğinde konik kesişimi gözlemlemek için hareketi yavaşlatabildiler.

Konik kesişimler fotokimyada çok yaygın olduğundan, yeni araştırma birçok alanda faydalı olabilir. Araştırmacılar moleküllerin içindeki ve moleküller arasındaki temel süreçleri anlayarak malzeme bilimi, ilaç tasarımı veya güneş enerjisi toplamada yeni olasılıkların kapılarını aralayabilir. Ayrıca bu türden gözlemler, dumanların nasıl oluştuğu ya da ozon tabakasının nasıl zarar gördüğü gibi ışıkla etkileşime giren moleküllere dayanan diğer süreçlerin iyileştirilmesine yardımcı olabilir.

Fiziğin ‘kutsal kase’sinin sırrını çözebilir: Süper iletkenin içindeki ‘şeytan parçacığı’ 67 yıl sonra bulundu