În inima materiei, dincolo de limitele percepției umane, atomii nu cunosc vreodată repausul. Chiar și la zero absolut, temperatura teoretică cea mai scăzută posibilă, ei vibrează sub influența unor fenomene cuantice fundamentale.
O echipă de cercetători europeni a reușit acum să facă un salt crucial, observând pentru prima dată aceste mișcări invizibile în cadrul unei molecule complexe, chiar înainte ca aceasta să se fragmenteze sub acțiunea unui fascicul de raze X extrem de puternic.
Până de curând, „mișcarea de punct zero” – termenul care denumește vibrațiile cuantice minime ale unui sistem – rămânea o noțiune teoretică, dificil de observat direct, mai ales în cazul moleculelor complexe.
Pentru a depăși această provocare, oamenii de știință au folosit o moleculă numită 2-iodopiridină. Aceasta a fost bombardată cu impulsuri ultracurte și intense de raze X la European X-ray Free Electron Laser (XFEL), un accelerator situat în apropiere de Hamburg.
Energia imensă livrată a smuls electroni din moleculă, încărcând-o puternic și provocând o respingere imediată între părțile sale, ceea ce a dus la dezintegrarea ei în fragmente.
Tocmai prin analizarea traiectoriei și orientării acestor fragmente, cercetătorii au reușit să reconstituie forma și mișcarea internă a moleculei exact în momentul rupturii sale.
Pentru a capta această „explozie moleculară” în cele mai mici detalii, echipa a utilizat sistemul COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy).
Acest aparat avansat este capabil să urmărească simultan mai multe particule încărcate cu o precizie temporală extraordinară, măsurată în femtosecunde – o fracțiune de secundă echivalentă cu o quadrilionime.
Această tehnologie le-a permis să creeze o imagine tridimensională completă a structurii moleculare. Rezultatele au fost surprinzătoare: fragmentele nu s-au separat într-o geometrie plană, așa cum s-ar fi putut aștepta.
Dimpotrivă, ele au prezentat distorsiuni subtile, mărturie a unei mișcări coordonate și nu haotice. Spre deosebire de vibrațiile termice obișnuite, mișcarea observată era specifică mecanicii cuantice, un fenomen cunoscut sub numele de mișcare cuantică coerentă.
Această vibrație nu este rezultatul unei simple întâmplări, ci al unei coordonări interne dictată de legile cuantice. Markus Ilchen, autorul principal al studiului, a explicat că „acest tremur nu este un haos, ci un balet orchestrat la scară atomică”.
Constatarea a fost confirmată și de simulări computerizate avansate, unde doar modelele care au integrat efecte cuantice au putut reproduce cu precizie datele experimentale. Această experiență marchează un moment de cotitură în domeniul imagisticii moleculare.
Pentru prima dată, cercetătorii pot observa în timp real comportamentul cuantic al unei molecule complexe, deschizând numeroase perspective.
Descoperirea luminează într-un mod nou comportamentul fundamental al materiei la scară atomică și cuantică, domenii cruciale pentru chimie, fizică și modelarea interacțiunilor moleculare.
Observarea directă a acestor vibrații cuantice oferă o fereastră inedită către mecanismele care guvernează stabilitatea și reactivitatea moleculelor, fiind potențial utilă pentru dezvoltarea de materiale inovatoare sau pentru o mai bună înțelegere a proceselor chimice din natură.
Stefan Pabst, un cercetător implicat în modelare, reamintește că „mecanica cuantică este în inima materiei și a vieții”. El adaugă că „a vedea efectele sale atât de clar este nu doar fascinant, ci și esențial pentru progresul științei și al tehnologiilor viitoare”.
Cercetarea, publicată în prestigioasa revistă Science, demonstrează puterea tehnologiilor moderne de a dezvălui fenomene considerate până acum pur teoretice.
Ea invită la imaginarea unui viitor în care controlul și manipularea comportamentului cuantic al moleculelor ar putea revoluționa știința materialelor, farmacologia și chiar informatica cuantică.
Oferind o perspectivă fără precedent asupra baletului cuantic al atomilor, această descoperire arată că, chiar și în aparența repausului, materia este într-o mișcare constantă, sfidând înțelegerea noastră clasică a lumii.
Este în aceste vibrații invizibile că se joacă o parte esențială a realității, un mister lent dezvăluit grație celor mai avansate instrumente ale științei moderne.
