Ученые Чикагского университета объявили о первом экспериментальном доказательстве существования квантовой суперхимии — явлении, при котором частицы в одном и том же квантовом состоянии подвергаются коллективной ускоренной химической реакции. Этот эффект был теоретически предсказан, но никогда ранее не наблюдался в лаборатории. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.

В ходе эксперимента ученые охлаждали атомы цезия, в результате чего формировался конденсат Бозе-Эйнштейна — экзотическое состояние вещества, при котором частицы или атомы переходят в одно и то же основное квантовое состояние и ведут себя подобно одной «размытой» частице, что создает квантовые эффекты, видимые невооруженным глазом. Квантовая механика предсказывает, что атомы в бозе-конденсате выполняют действия коллективно, в том числе могут вступать в химические реакции как единое целое.

Одно из следствий такого поведения является то, что химическая реакция с образованием молекулы Cs2 протекает намного быстрее, потому что она не зависит от случайных столкновений между независимыми частицами. Кроме того, конечные молекулы имеют одно и то же молекулярное состояние.

Авторы отмечают, что суперхимическая реакция чаще происходила при взаимодействии трех частиц, а не как взаимодействие двух частиц. Иными словами друг с другом сталкиваются три атома, при этом третий играет определенную роль в протекании реакции синтеза молекулы Cs2.