Los líderes en el campo de la investigación de moléculas ultrafrías de las universidades de Columbia y Harvard se están uniendo para impulsar la comprensión de la mecánica cuántica de las reacciones químicas.

La asociación dará como resultado el desarrollo de nuevos Técnicas más precisas que ampliarán el campo de la química ultrafría a una gama actualmente inalcanzable de especies y reacciones moleculares. permitiendo nuevas generaciones de experimentos en física fundamental.

"Estamos muy entusiasmados con esta colaboración porque estamos combinando dos direcciones de investigación que se han desarrollado por separado y ahora se pueden unir para desarrollar un nuevo conjunto de herramientas para físicos y químicos". "dijo Tanya Zelevinsky, un profesor asociado de atómica, Física Molecular y Óptica e investigador principal del Z Lab de la Universidad de Columbia.

Los últimos años han traído el avance de las tecnologías cuánticas, incluyendo capacidades de enfriamiento láser, que han permitido el estudio de átomos en microkelvin, o casi cero, temperaturas. En este estado, los científicos son capaces de manipular y estudiar la influencia de las estadísticas cuánticas, confinamiento de la geometría, y campos magnéticos (características no clásicas que son inaccesibles en configuraciones de temperatura ambiente) en el comportamiento de un átomo.

Los experimentales han sabido durante años que las mediciones ultrasensibles realizadas en átomos o moléculas ultrafríos pueden revelar algunos de los secretos de la naturaleza ahora ocultos. como si las "constantes de la naturaleza" son realmente constantes o están cambiando con el tiempo.

Los científicos han tenido éxito en el uso de enfriamiento por láser para estudiar muchos tipos de átomos, sin embargo, los átomos de mayor interés químico para los investigadores, como el hidrógeno, oxígeno, y nitrógeno, carecen de las propiedades necesarias para el enfriamiento directo. Se necesitan técnicas completamente nuevas para explorar la química ultra fría que involucra a estas especies.

En un esfuerzo por superar este desafío, los investigadores están empezando a centrarse en crear moléculas ultrafrías que contengan estos átomos objetivo. Desarrollar y aplicar estas técnicas es el objetivo de un nuevo proyecto financiado por la Fundación W. M. Keck.

El investigador principal Zelevinsky y el coinvestigador John Doyle, en Harvard, han recibido una subvención de $ 1 millón en el transcurso de tres años para llevar su trabajo al siguiente nivel mediante el desarrollo de una instalación experimental que abrirá el campo de la química ultra fría a una gama mucho más amplia de especies y reacciones atómicas y moleculares.

Para abordar el desafío del enfriamiento de moléculas, los investigadores abordan el problema desde un ángulo novedoso. Zelevinsky explicó que la unión de ciertos átomos metálicos, como el calcio, permite que algunas moléculas se enfríen con luz láser.

El plan del equipo es crear una variedad de moléculas con este accesorio metálico, aplicar luz láser para enfriar las moléculas a temperaturas inalcanzables hasta la fecha, y luego usar luz láser adicional para cortar el átomo de metal en un proceso llamado fotodisociación. Esta técnica permitirá la manipulación del movimiento y los enlaces químicos de moléculas más complejas para crear una variedad de especies de moléculas ultrafrías que son altamente deseables. pero hasta ahora inaccesible, a los investigadores, empujando así el campo a un nuevo territorio.

El potencial del proyecto es inconmensurable.

"Hay tantas cosas que estas moléculas nos ayudarán a comprender, "Zelevinsky dijo:y agregó que el estudio de reacciones químicas que involucran moléculas poliatómicas a temperaturas ultrafrías abrirá nuevas vías para probar la comprensión actual de las simetrías y leyes fundamentales de la naturaleza, incluyendo cosas sobre nuestro universo que los científicos aún no pueden explicar, como el desequilibrio materia-antimateria, energía oscura, y entornos interestelares. La investigación también proporcionará moléculas para experimentos de sobremesa que tradicionalmente han requerido aceleradores multimillonarios para realizar.

"Es realmente una gran ganancia poder hacer ese tipo de física sin gastar miles de millones en un acelerador, ", dijo." Hacer química en el régimen fundamental tiene un sentido de belleza con el que la gente puede identificarse. Cuando se desarrolló por primera vez la física cuántica en átomos, nadie podría haber imaginado las muchas formas en que se usaría en nuestra vida cotidiana hoy. Moléculas:pueden vibrar y rotar, y son más ricos que los átomos. Habrá muchos muchas más aplicaciones que ni siquiera podemos imaginar en este momento ".