Qualsiasi concetto con sopra il termine “quantistico” raramente significa esattamente ciò a cui si riferisce. Ci sono sempre colpi di scena, svolte e interpretazioni contrastanti che complicano le cose, ma le risposte che emergono spesso fanno emergere le verità più fondamentali sull’universo.
In un recente Lettere di revisione fisica articolo, i fisici dell’Università Goethe in Germania portano questa dinamica a un livello completamente nuovo, in particolare per la geometria delle strutture atomiche complesse. Molecole simili acido formico si pensa che siano “piatti”, poiché i loro atomi giacciono su un unico piano. Ma come dimostra la nuova ricerca, gli effetti della meccanica quantistica fanno sì che in realtà non siano mai piatti: le minuscole particelle vibrano leggermente, conferendo alla molecola una struttura tridimensionale.
“La natura resiste alla rigidità e costringe anche le strutture più semplici nella terza dimensione”, hanno osservato i ricercatori in a dichiarazione.
Chimica del liceo? Sì, dimenticalo
Le rappresentazioni tradizionali dei libri di testo di atomi e gruppi di atomi – molecole – li mostrano tipicamente come oggetti sferici collegati a bastoncini. Questa thought non funziona nel mondo quantistico, dove i nuclei atomici sono “più simili a nuvole vibranti”, ha spiegato nella dichiarazione Reinhard Dörner, autore senior dello studio e fisico presso l’Università di Goethe.
Per essere precisi, i nuclei atomici sono “punti” a dimensione zero senza una posizione determinata a livello quantistico, poiché essenzialmente sono “un po’ ovunque”, ha aggiunto Dörner.
Assegnare forme alle probabilità
Detto questo, gli scienziati, per scopi pratici, spesso presumono che le molecole abbiano una forma fissa. La geometria di una molecola ne determina la stabilità e la reattività, quindi ha molto più senso per i ricercatori lavorare con un modello definito piuttosto che con complesse equazioni della funzione d’onda per ogni singola reazione.
In una certa misura, scienziati Potere identificare angoli specifici ai quali si legano gli atomi: anche queste, tecnicamente, probabilità, ma previsioni che hanno contribuito notevolmente a consentire scoperte chimiche.
Quando la cosa piatta non è (come) piatta
Il nuovo studio non rifiuta queste previsioni. Piuttosto, le sue scoperte sfumano ulteriormente il ruolo degli effetti quantomeccanici nella scienza molecolare, un ruolo che potrebbe essere stato finora trascurato.
Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno studiato l’acido formico (system HCOOH), una sostanza incolore e maleodorante utilizzata negli acaricidi agricoli, nello stoccaggio dell’idrogeno per set energetici, nella cromatografia e nella produzione industriale.
È noto che la molecola ha una forma strettamente planare, il che significa che i suoi atomi costituenti giacciono su un’unica superficie bidimensionale. Ciò rende anche la molecola abbastanza simmetrica su entrambi i lati. I ricercatori volevano capire quanto fosse realmente stabile questa forma “piatta”.
Il monitoraggio dei tremori quantistici
Per indagare, il workforce ha colpito le molecole di acido formico con fasci di raggi X in un acceleratore di particelle. Quando la molecola è esplosa per l’energia in eccesso, ha rilasciato minuscoli elettroni che i ricercatori hanno utilizzato per ricostruire matematicamente la struttura originale dell’acido formico in modo estremamente dettagliato.
In particolare, hanno segnalato oscillazioni consistenti in due atomi di idrogeno (la system dell’acido formico è HCOOH) che renderebbero la molecola “effettivamente tridimensionale in quasi ogni momento”, hanno detto i ricercatori.
Nuove conoscenze sulle molecole quantistiche
Questo “tremore quantico”, come lo chiama il workforce, significa che probabilmente l’acido formico non è così piatto o simmetrico come si credeva in precedenza. A seconda delle piccole vibrazioni dell’idrogeno, la molecola cambia la sua “mano”, ovvero se si inclina verso destra o sinistra.
In chimica, questa asimmetria può cambiare del tutto le proprietà di una molecola. Detto questo, i ricercatori non credono che ciò richieda una revisione concettuale; l’uso diffuso dell’acido formico stesso serve come prova che gli scienziati sono esperti nel suo comportamento.
Invece, il tremore quantistico suggerisce che la manualità potrebbe non essere così dipendente dalla geometria di una molecola statica come si credeva in precedenza.
“Come siamo stati in grado di dimostrare usando l’esempio dell’acido formico, il solo tremore quantistico può generare due various realtà speculari da una molecola simmetrica”, ha detto Dörner. “I nostri risultati con l’acido formico mostrano che la geometria non è una proprietà statica ma un evento dinamico”.
Lo studio esemplifica anche come gli effetti quantistici sembrano sempre complicare ciò che pensiamo di sapere sulle cose a livello macroscopico. Questi effetti quantistici sono molto reali. Così è la nostra realtà macroscopica. Ma le discrepanze tra i due in qualche modo non scompongono la nostra realtà, la realtà in cui viviamo ogni giorno.
