Физици от университета в Инсбрук за първи път наблюдаваха в

Физици от университета в Инсбрук за първи път следиха в своите опити химична реакция протичаща посредством тунелиране. Тунелните реакции играят съществена роля в химията, когато класическите пътища са енергийно „ неразрешени “. Това наблюдаване може съвършено да бъде теоретично разказано. Това е най-бавната реакция със заредени частици, следена в миналото.

Тунелният резултат е разследване от вълновата природа на материята. Това е квантовомеханично събитие, при което обект, да вземем за пример електрон или атом, съумява да премине бариерата от евентуална сила, когато съгласно класическата механика неговата сила е по-малка от нужния най-малко. Тунелните реакции в химията са доста сложни за теоретично пресмятане заради високата размерност на квантовата динамичност, означават откривателите в списание Nature.

За моделирането на химични реакции с повече от три частици теоретичните физици употребяват класическата физика и би трябвало да подценен квантовите резултати – метод, който може да даде единствено приблизителни резултати. Тунелните реакции също са сложни за пробно наблюдаване: това събитие прави реакцията доста малко евентуална и затова извънредно мудна. Въпреки това след няколко опита Роланд Вестер от катедрата по йонна физика и приложна физика в Университета в Инсбрук и неговият екип съумяха за пръв път да осъществят сходно наблюдаване.

Въпреки че тунелните реакции по принцип са сложни за прогнозиране, водородните системи разрешават по-точни калкулации – водородът е най-простият детайл във Вселената. Така да вземем за пример допустимо е да се пресметна скоростта на тунелиране при нискотемпературната реакция на транспорт на протони в газовата фаза от молекули водород към аниони на деутерий (H2 + D- → H- + HD).

През 2018 година Роланд Вестер и други физици оповестиха във Physical Review за „ възможност за реакция “ от 3,1 x 10-20 cm3/s за ортоводород (диводород, формиран от молекули, в които два протона имат спинове, насочени в една и съща посока). Досега обаче тази стойност не е проверявана пробно. Вестер и други специалисти се заеха с това предизвикателство.

Те са вкарали деутерий в йонен капан, охладили са го и по-късно са напълнили клопката с водороден газ. Поради доста ниската температура негативно заредените деутериеви йони не разполагат с сила, с цел да реагират с молекулите на водорода по „ естествен “ метод. Въпреки това в доста редки случаи реакцията протича, когато те се сблъскат. Именно тук се демонстрира тунелният резултат.

„ Квантовата механика разрешава на частиците да преминат енергийната преграда с помощта на техните квантовомеханични вълнови свойства и реакцията се реализира “, изяснява Робърт Уайлд, водещият създател на проучването, описващ резултатите от опита.

След като „ задействат “ реакцията за към 15 минути, откривателите дефинират количеството на създадените водородни йони. От това количество те съумяват да дефинират честотата, с която се реализира преносът на протони.

Теоретичният модел за първи път бе доказан

Според теоретично проучване, оповестено през 2018 година, тунелирането в сходна система би трябвало да поражда единствено при един на 100 милиарда конфликта. Резултатите, следени в този нов опит, са в сходство с тази теоретична оценка.

„ Наблюдаваме извънредно ниска константа на скоростта от (5,2 ± 1,6) × 10-20 cm3/s “, прецизират откривателите.

След 15-годишни проучвания екипът за първи път удостовери точния научен модел за тунелния резултат при химична реакция. Този пробив ще помогне на учените да схванат по-добре фундаменталните процеси на конфликт, които са в основата на множеството химични реакции. Въз основа на тази работа в този момент могат да бъдат създадени и тествани други теоретични модели за други реакции.

Тунелният резултат играе значима роля в някои макроскопични физични феномени, като да вземем за пример нуклеарния синтез, при който се усилва вероятността атомните ядра да преодолеят Кулоновата преграда и по този метод да се съединят, както и при алфа-радиоактивния разпад на атомните ядра. Именно проучването на радиоактивността води до откриването на тунелния резултат: първото му приложение през 1928 година е математическото пояснение на алфа разпада.

Той се употребява и в тунелния микроскоп, където дава опция да се изследва повърхността на даден материал с пространствена разграничителна дарба от атомарен размер. И най-после, той е в основата на синтеза на другите молекули в междузвездните облаци и е основен фактор в огромен брой биохимични реакции (като фотосинтезата и клетъчното дишане) и в ензимните процеси.

Следователно разбирането на ролята на тунелирането в молекулните пренареждания може да има значими последствия за енергийните калкулации на необятен набор от нуклеарни и химични реакции.

Тунелирането все по-често се употребява в актуалната компютърна електроника. Преди две години откривателите от Ланкастърския университет, Англия, сътвориха нов вид памет, която може да се употребява както като RAM, по този начин и за запазване на данни.  Новата UltraRAM сплотява в себе си преимуществата на оперативната и на флаш паметта. Перспективната технология носи името UltraRAM и е в положение напълно да промени правилото на работа на актуалните лични компютри, смарт телефони и всякаква друга компютърна техника. UltraRAM е самостоятелна енергийно самостоятелна памет, (Non-volatile RAM или NVRAM) която работи със същата скорост като DRAM, само че употребява 100 пъти по-малко сила. За нейното основаване е употребен метода на резонансното тунелиране, който разрешава работа при ниско напрежение.

Новият пробив на австрийските квантови физици може да докара до основаването на напълно нови типове, непознати до момента, микроелектронни съставни елементи.