Pod wymienionym w tytule pojęciem kryje się bardzo dziwny fenomen. Kiedy temperatury spadają do ekstremalnie niskich wartości, atomy praktycznie nie posiadają energii cieplnej, lecz reakcje chemiczne zachodzą w takich okolicznościach szybciej niż w wysokich temperaturach. Fizycy potrzebowali ponad dwudziestu lat, aby potwierdzić, że faktycznie tak się dzieje.
Czytaj też: Obliczenia kwantowe w wyjątkowo wysokiej temperaturze. To kluczowy krok dla tej technologii
Dokonali tego przedstawiciele Uniwersytetu w Chicago, którzy wykorzystali atomy cezu schłodzone do temperatury o ułamek stopnia wyższej od zera absolutnego. Takim mianem określa się najniższą występującą we wszechświecie temperaturę, czyli -237,15 stopnia Celsjusza. W takich okolicznościach, choć atomów było około 100 000, to zachowywało się jakby były jednością.
Warto w tym momencie wspomnieć o kondensacie Bosego-Einsteina, w którym indywidualne funkcje falowe każdego atomu stają się pojedynczą, zbiorową funkcją falową. Gdy temperatura spada w okolice zera absolutnego superchemia kwantowa prowadzi do sytuacji, w której atomy wchodzące w skład kondensatu Bosego-Einsteina mogą szybko i w sposób kolektywny przekształcić się w cząsteczki. Co istotne, im więcej atomów, tym szybciej będzie zachodziła reakcja.
Kwantowa superchemia może utorować drogę chociażby do prowadzenia symulacji kwantowych, co będzie ogromnym ułatwieniem dla naukowców
I choć z biegiem lat autorzy pierwotnej koncepcji poddali się w staraniach, to znaleźli się następcy. Autorzy najnowszych badań skorzystali z postępu technologicznego, dzięki któremu uzyskali dostęp do skuteczniejszych sposobów chłodzenia i kontrolowania ultrazimnych cząsteczek. Później wybór padł na atomy cezu, które poddano działaniu temperatury o około dziesięciu miliardowych stopnia powyżej zera absolutnego
Po latach starań członkowie zespołu badawczego zgromadzili dowody na istnienie superchemii kwantowej. Pierwszym potwierdzeniem było to, że reakcja zachodziła zbiorowo: wiele atomów cezu stało się cząsteczkami cezu w jednym momencie. Poza tym zachodzący proces miał odwracalny charakter, co także było ważne dla prowadzonych badań.
Czytaj też: Te materiały zmieniają kształt. Po raz pierwszy uzyskano je w nanoskali z wykorzystaniem tej technologii
Warto zauważyć, że sukces w zorganizowanych eksperymentach nie ma wyłącznie wymiaru teoretycznego. Stoją za nim potencjalne praktyczne korzyści, choćby w odniesienia do tworzenia symulacji kwantowych. Zjawiska pokroju nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego można modelować skuteczniej przy użyciu układów kwantowych rządzących się tymi samymi prawami kwantowymi. To właśnie superchemia kwantowa może odegrać w tym zakresie bardzo ważną rolę.
