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| Imagen de Peter Schmidt en Pixabay |
Los investigadores han reportado la primera evidencia de superquímica cuántica. Este es un tipo especial de reacción química donde los átomos y/o moléculas en la reacción están todos en el mismo estado cuántico, lo que lleva a una reacción colectiva y acelerada. Este efecto tenía respaldo teórico, pero la prueba de su viabilidad ha sido difícil de alcanzar.
El equipo utilizó átomos y moléculas en un condensado de Bose-Einstein, el llamado quinto estado de la materia. A temperaturas lo suficientemente bajas, las partículas en estos estados se unen en una sola entidad mecánica cuántica. En sus reacciones químicas regulares, los átomos individuales o las moléculas interactúan para crear nuevos enlaces. Pero si todas sus partículas están en el mismo estado cuántico, la reacción ocurre de manera muy diferente.
“Ya no se trata una reacción química como una colisión entre partículas independientes, sino como un proceso colectivo”, dijo en un comunicado el profesor Cheng Chin de la Universidad de Chicago, cuyo laboratorio realizó la investigación. “Todos ellos están reaccionando juntos, como un todo”.
Gracias a las propiedades mecánicas cuánticas del condensado de Bose-Einstein, la reacción ocurre más rápido ya que no depende de las partículas individuales. En realidad, cuantas más partículas hay en el sistema, más rápida es la reacción. El término superquímica no se usa sin pensar.
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| Ya no se trata una reacción química como una colisión entre partículas independientes, sino como un proceso colectivo. Imagen de Pete Linforth en Pixabay |
El equipo observó la rápida formación de moléculas tan pronto como comenzó la reacción. A esto le siguió una oscilación durante el proceso de equilibrio. Las moléculas del producto están todas en el mismo estado. Observaron oscilaciones más rápidas en muestras con densidades más altas. Esta es la consecuencia esperada de la mejora bosónica.
“Lo que vimos se alineó con las predicciones teóricas”, dijo Chin. “Este ha sido un objetivo científico durante 20 años, por lo que es una era muy emocionante”.
El experimento se realizó con moléculas simples de dos átomos, pero el equipo informa que la reacción siempre involucró tres átomos a pesar de que quedaba uno solo. El tercero desempeñó un papel, aunque no está claro qué tipo de papel. El equipo tiene la intención de hacer reacciones más complejas para posibles aplicaciones industriales, así como para probar algunas de las leyes fundamentales de la física.
"Hasta dónde podemos llevar nuestra comprensión y nuestro conocimiento de la ingeniería cuántica, en moléculas más complicadas, es una dirección de investigación importante en esta comunidad científica", dijo Chin.
La investigación fue publicada en Nature Physics.