Выполнена самая холодная химическая реакция

Если приблизиться к атомному масштабу, то все будет происходить гораздо быстрее, чем мы привыкли. Из-за этого трудно увидеть, что происходит во время химических реакций, поэтому исследователи из Гарварда нашли способ замедлить ход событий.

Охладив молекулы до температуры чуть выше абсолютного нуля, ученые смогли выполнить самую холодную химическую реакцию, когда-либо зафиксированную, запечатлеть невиданное ранее действие, когда две молекулы поменялись атомами.

Абсолютный ноль, который составляет -273,15°C, считается самой холодной температурой. В этот момент молекулы практически неподвижны, что приводит к полному отсутствию движения и тепла.

Для нового исследования ученые охладили молекулы до нескольких миллионных долей градуса выше абсолютного нуля — до температуры в 500 наноКельвинов. Это намного холоднее, чем любая естественная температура во вселенной. Для сравнения, в самом холодном межзвездном пространстве температура опускается только до 3 градусов Кельвина, что составляет 3 миллиарда наноКельвинов.

Но это не самое холодное рукотворное место — эта честь по-прежнему принадлежит лаборатории на борту Международной космической станции, где температуру далось снизить до 100 наноКельвинов.

В исследовании ученые работали с газом, составленным из атомов калия и рубидия. Когда эти молекулы сталкиваются, они обмениваются атомами, создавая новую молекулу из двух атомов калия и еще одну с двумя атомами рубидия.

Обычно химические реакции между молекулами происходят слишком быстро, чтобы ученые могли увидеть все полностью — даже самое точное оборудование может наблюдать только за тем, как исходные молекулы исчезают, а новые появляются на их месте. Промежуточный шаг оставался загадкой.

Но теперь исследователи увидели это недостающее звено. При ультрахолодной температуре химическая реакция протекает в миллионы раз медленнее, что дает ученым более широкое окно для наблюдения за происходящим.

Когда молекулы калия-рубидия столкнулись, исследователи впервые смогла изобразить молекулу из четырех атомов, которая была кратко создана в качестве промежуточного этапа. Это позволяет наблюдать за разрывом атомных связей и формированием новых.

Исследователи говорят, что в будущем они могли бы изучать химические реакции гораздо более подробно. Помимо простого наблюдения, расширенное окно может позволить ученым более точно вмешиваться в химические реакции, что, в свою очередь, может привести к целому ряду новых применений.

В конце концов, химические реакции лежат в основе создания фармацевтических препаратов, энергии и бытовых товаров, и это лишь некоторые области применения.

Исследование было опубликовано в журнале Science.