Los investigadores han realizado la primera simulación mecánica cuántica de la reacción química ultra fría de referencia entre potasio-rubidio (KRb) y un átomo de potasio. abriendo la puerta a nuevos experimentos de química controlada y control cuántico de reacciones químicas que podrían generar avances en la computación cuántica y las tecnologías de detección. La investigación de un equipo multiinstitucional simuló la reacción química ultra fría, con resultados que no habían sido revelados en experimentos.

"Descubrimos que la reactividad general es en gran medida insensible a la dinámica caótica subyacente del sistema, "dijo Brian Kendrick de la División Teórica del Laboratorio Nacional de Los Alamos, "Esta observación tiene importantes implicaciones para el desarrollo de la química controlada y para las aplicaciones tecnológicas de moléculas ultrafrías desde la medición de precisión hasta la computación cuántica".

La investigación abordó preguntas abiertas sobre si las reacciones químicas ocurren en una milmillonésima de grado por encima del cero absoluto y si el resultado puede controlarse. Los científicos de todo el mundo están abordando estas cuestiones de forma experimental enfriando y atrapando átomos y moléculas a temperaturas cercanas al cero absoluto y permitiéndoles interactuar químicamente. Este campo de la química, ampliamente conocida como química ultra fría, se ha convertido en un semillero de experimentos de química controlada y control cuántico de reacciones químicas, el santo grial de la química.

En un experimento pionero en 2010, Los grupos de JILA de Colorado (anteriormente conocido como el Instituto Conjunto de Astrofísica de Laboratorio) pudieron producir un gas ultrafrío de moléculas de KRb a temperaturas nano-Kelvin. Simplemente cambiando el giro nuclear de una molécula de KRb, demostraron que la reacción ultrafría entre estas moléculas se podía activar o desactivar, una ilustración perfecta de la química controlada bajo demanda.

Pero los cálculos teóricos de la dinámica de reacción para tales sistemas plantean un desafío computacional abrumador. Los cálculos de la reacción K + KRb proporcionan nuevos conocimientos sobre la dinámica de la reacción que no se revelan en los experimentos:que las velocidades de reacción resueltas por rotación exhiben una distribución estadística (Poisson).

Un hallazgo fascinante de su estudio, Kendrick señala, es que si bien la reactividad general está gobernada por las fuerzas de largo alcance, las poblaciones rotacionales de la molécula de producto K2 están gobernadas por una dinámica caótica a corto alcance. "La dinámica caótica parece ser una propiedad general de todas las reacciones ultrafrías que involucran moléculas alcalinas pesadas, "dijo Kendrick, "por lo que las poblaciones rotacionales de todas estas reacciones exhibirán la misma distribución de Poisson".

Esta nueva La comprensión fundamental de las reacciones ultrafrías guiará las aplicaciones tecnológicas relacionadas en el control / computación cuántica, medición de precisión y detección importante para las misiones de Los Alamos en ciencia y tecnología de la información y seguridad global.