Новости химической науки > Физики проливают свет на реакции сверххолодных атомов

Открытие, сделанное физиками из Университета Канзаса, поможет исследователям с высокой точностью предсказывать то, что ранее считалось непредсказуемым.

Юцзюнь Ван (Yujun Wang) и Пол Джульен (Paul Julienne) провели теоретическое исследование, направленное на предсказание и понимание результатов химических процессов, в которых при сверххолодных температурах участвует три атома. Результаты их работы помогают объяснить наиболее вероятный исход таких химических процессов, а также пролить свет на природу квантовых состояний.

Ван и Джульен разработали надежную и при этом простую модель, которая успешно справляется с предсказанием того, как протекает взаимодействие между атомами при ультранизких температурах. Эта модель, которая на настоящий момент считается лучшей из имеющихся в наличии, учитывает как спиновое состояние атомов, так и ван дер Ваальсово взаимодействие.

Плотность вероятности для тримерного состояния Ефимова для различных геометрических состояний трехтельной системы, характеризующихся различными значениями полярных углов. Азимутальные углы характеризуют пермутации трех атомов. Ключевой чертой в плотности вероятности является то обстоятельство, что в отличии от ординарного молекулярного связывания, которому соответствует единичное геометрическое состояние, тримеру Ефимова соответствует большее количество возможных геометрий. Атомы в этом состоянии ведут себя подобно жидкой капле. (Рисунок из Nature Physics (2014) doi:10.1038/nphys3071)

Как отмечает Ван, долгое время предполагалось, что результаты такого типа реакций, в которых участвует три и более частиц, слишком сложны для предсказания из-за сложности взаимодействий, проявляющихся в ходе таких процессов, однако результаты нового исследования приводят убедительные доказательства в пользу того, что такое теоретические взаимодействие все-таки можно предсказать. По словам Вана, результаты исследования могут быть полезны для молекулярной физики, химической технологии и других областей знаний, поскольку разработанная исследователями модель предоставляет ученым весьма точную концепцию того, как атомы объединяются в молекулу.

Еще одним важным результатом нового исследования является то, что оно может оказаться полезным для более глубокого понимания эффекта Ефимова. Эффект Ефимова, который был впервые сформулирован в 1970 году советским физиком Ефимовым, заключается в том, что в случае трехчастичных столкновений возможно образование слабо связанных тримерных состояний в условиях, когда двухчастичные взаимодействия слишком слабы, чтобы образовывать связанные состояния (димеры).

Как говорит Ван, эффект Ефимова представляет собой весьма сложный квантово-механический феномен, детали которого из-за своего характера случайного распределения весьма сложно изучать. Тем не менее, новая модель, описывающая взаимодействие трех атомов при сверхнизких температурах, возможно, окажется полезной для изучения этого сложного феномена.

Источник: Nature Physics (2014) doi:10.1038/nphys3071

метки статьи: #квантовая химия, #природа химической связи