Рождение управляемой химии при ультранизких температурах
Сразу две группы ученых опубликовали работы, в которых сообщалось о разработке методик исследования процессов, происходящих на атомарном уровне при химических реакциях при помощи ультранизких температур. Предложенные методики позволят ответить на сложные вопросы физической химии, в частности, исследовать роль слабых межмолекулярных взаимодействий в химической динамике молекул.
Под действием одних лишь кулоновских сил атомные ядра и электроны объединяются, формируя невероятное разнообразие молекулярных систем. Когда молекулы взаимодействуют друг с другом, они подвергаются химическим преобразованиям, приводящим к перестановке атомов как внутри одной молекулы, так и между молекулами. Этот процесс может протекать с поглощением или выделением энергии, однако, изменение энергии каждой молекулы в процессе химической реакции обычно намного меньше, чем полная энергия кулоновского взаимодействия ее составляющих частей. Это делает химические процессы чрезвычайно сложными для детального изучения.
Традиционная методика изучения химических реакций в микромасштабе подразумевает использование сталкивающихся молекулярных пучков. Пучки подготавливаются таким образом, чтобы молекулы имели примерно одинаковые (но невысокие) значения внутренней энергии и низкую плотность. Так можно подходить к изучению с точки зрения взаимодействия независимых молекулярных ансамблей (и, соответственно, с позиции независимых столкновений). При этом рассеяние продуктов реакции проходит в предсказуемых направлениях, так что их можно легко обнаружить любым из существующих методов. Энергия столкновения при этом настраивается при помощи изменения угла между взаимодействующими пучками.
Однако, эта методика имеет существенный недостаток: она дает информацию только о результате химической реакции, не предоставляя данных о фактически происходящих при столкновении процессах.
Но сейчас пришло время рождения новой методики, позволяющей получить дополнительную информацию. Сразу две экспериментальные группы опубликовали результаты исследований химических ансамблей при ультранизких температурах (менее 10 К). Исследования ансамблей атомов в ограниченном оптическом потенциале лазерного излучения показали, что столь низкие температуры приводят к неожиданно-управляемой химии. Так, например, одна из групп исследователей показала, что подобные химические реакции могут управляться при помощи магнитного поля. Другая группа смогла измерить скорость элементарных химических реакций, что чрезвычайно важно для дальнейших исследований. При этом низкая температура обеспечила достаточно высокую точность измерений.
Таким образом, последние эксперименты можно считать рождением управляемой химии ультранизких температур. Данное научное направление вряд ли станет конкурентоспособным методом для синтеза новых веществ, однако, оно позволит ученым по-новому взглянуть на микроскопическую динамику молекул. Также оно открывает путь для исследования влияния квантовых эффектов на ход химических реакций.
