Вчені успішно маніпулювали квантовими системами за допомогою екстремальних імпульсів ультрафіолетового світла, досягаючи точного контролю атомних структур і квантових станів. Цей метод, продемонстрований на італійському Elettra Synchrotron, міг би революціонізувати хімічні процеси та фармацевтичне виробництво, дозволивши світлу керувати хімічними реакціями.
Прорив у квантовій механіці
Вчені досягли революційної віхи у квантовій механіці, маніпулюючи часовою еволюцією квантової системи за допомогою ультрафіолетових (XUV) світлових імпульсів. Цей видатний прорив очолив професор Лукас Брудер з Університету Фрайбурга у співпраці з 14 міжнародними дослідницькими установами, включаючи Політехнічний університет Мілана, Інститут фотоніки та нанотехнологій Національної дослідницької ради Мілана (CNR-IFN), Семінар Інституту матеріалів Національної дослідницької ради Трієста (CNR-IOM), Національного інституту ядерної фізики (INFN), Національного Лабораторії Фраскаті (Рим) і синхротрон Елеттра в Трієсті.
Команда продемонструвала, що речовиною можна керувати на атомному рівні, використовуючи особливі властивості XUF світла. Їхній експеримент, опублікований у журналі Nature, дозволив точно маніпулювати квантовими станами та хімічними властивостями матерії в надшвидких масштабах часу. Цю техніку було успішно випробувано на атомах гелію, де дослідники регулювали рівні електронної енергії та вимірювали рух електронів у результаті з безпрецедентною точністю.
Передові методи маніпуляції атомами
Міжнародна дослідницька група успішно досягла складної мети – сформувати амплітуду, фазу та поляризацію ультракоротких імпульсів в XUV, щоб контролювати поведінку атомів. Цей рівень контролю дозволив посилити вибрані квантові процеси, одночасно пригнічуючи інші. Експерименти проводилися на лазері на вільних електронах FERMI на Elettra Synchrotron у Трієсті, одному з провідних дослідницьких центрів Італії.
«Цим дослідженням ми поширили так званий когерентний контроль на спектральні області XUV та рентгенівського випромінювання. Когерентний контроль передбачає використання світла для управління еволюцією хімічних реакцій і спрямування їх до бажаних хімічних продуктів», — пояснює доктор Крістіан Манцоні з CNR-IFN.
Потенційне застосування в хімічних реакціях
«Цей процес, який за своєю суттю є наслідком квантової фізики, може дозволити нам використовувати світло як хімічний реагент для контролю ефективності реакції. Це уможливить ефективне виробництво вузькоспеціалізованих молекул для таких застосувань, як фармацевтика», – підсумовує професор Джуліо Черулло з факультету фізики Політехніки Мілана, один зі співавторів публікації.