Los experimentos de colisión proporcionan los medios para una comprensión detallada de las interacciones moleculares a nivel de partículas individuales. Los físicos teóricos y experimentales del Instituto de Moléculas y Materiales han publicado un artículo en Ciencias en el que caracterizan completamente las colisiones moleculares a temperaturas cercanas al cero absoluto.

"Revela las leyes fundamentales de la mecánica cuántica que gobiernan el funcionamiento interno de las colisiones moleculares, "dicen los investigadores Tim de Jongh y Matthieu Besemer.

A bajas temperaturas, las reglas de la mecánica cuántica dictan que las moléculas se comportan como ondas. En tales casos, una colisión molecular se parece más a una ola de agua que choca contra una roca que a una colisión entre bolas de billar. Una consecuencia de este comportamiento ondulatorio de las moléculas en una colisión es la aparición de resonancias. A energías de colisión específicas, las moléculas en colisión forman un complejo de larga duración, una llamada resonancia, antes de que se deshagan. En estas energías específicas, el comportamiento de dispersión difiere fuertemente del de las energías cercanas, ya que las moléculas permanecen juntas durante más tiempo y las interacciones entre ellas tienen un efecto mucho más fuerte en el resultado de la colisión.

Las interacciones entre moléculas se pueden expresar cuantitativamente en forma de un "potencial de interacción". La mecánica cuántica ofrece la posibilidad de obtener dichos potenciales de interacción a partir de cálculos avanzados "ab initio" y, después, para usarlos en cálculos de "dispersión cuántica" que predicen el resultado de experimentos de colisión. Cuando los resultados concuerden con los datos experimentales, se confirma que los cálculos ab initio son precisos. Las colaboraciones previas entre el grupo experimental del Prof. Bas van de Meerakker y el grupo teórico del Prof. Gerrit Groenenboom han demostrado que esta es una herramienta muy útil para obtener una comprensión detallada y precisa de las interacciones entre moléculas.

Colisiones de baja energía

En los experimentos descritos en el artículo de Science, los investigadores pudieron detectar resonancias en colisiones a temperaturas justo por encima del cero absoluto. "A estas temperaturas extremadamente bajas, el detalle con el que podemos observar la interacción entre las moléculas aumenta enormemente debido a la presencia de resonancias y podemos usar esto para probar con sensibilidad los cálculos ab initio, "Tim de Jongh, Doctor. investigador del grupo de Espectroscopia de Moléculas Frías de Bas van de Meerakker, explica.

Sin embargo, los resultados experimentales no coincidieron con los resultados calculados teóricamente. "Los potenciales de interacción calculados con el método que generalmente se conoce como el 'estándar de oro' eran lo suficientemente precisos como para reproducir todos los datos experimentales anteriores. Pero para estas mediciones tuvimos que extender el cálculo del potencial de interacción más allá de la teoría estándar, "Matthieu Besemer, Doctor. investigador del Grupo de Química Teórica de Gerrit Groenenboom, aclara. Los desafíos surgen de la dificultad de describir con precisión las interacciones entre la gran cantidad de electrones que están presentes en el complejo molecular. Mediante el uso de cálculos ab initio más allá del 'estándar de oro, "Se obtuvo concordancia entre experimento y teoría". La sinergia entre las dos disciplinas y grupos nos permitió llegar a concordancia, y mejorar nuestra comprensión de cómo la mecánica cuántica gobierna las interacciones moleculares, "Añaden Besemer y De Jongh.

Het controlando colisiones

Los investigadores han demostrado que al reducir las interacciones a sus formas más elementales, se pueden observar los efectos más mínimos. "A estas bajas temperaturas, las interacciones moleculares se vuelven susceptibles a influencias externas como los campos eléctricos. Por último, esto significa que seremos capaces de ajustar e incluso controlar las colisiones usando campos externos. ”Esto crea la posibilidad no sólo de sondear las colisiones moleculares con el mayor detalle posible, sino también de manipular las colisiones con el mayor grado de control.