นักวิทยาศาสตร์พูดถึงบทบาทของการสั่นสะเทือนควอนตัมในการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

การใช้เทคนิคของเลเซอร์สเปกโตรสโคปีอย่างรวดเร็ว ผู้เขียนผลการศึกษาพบว่าการสั่นสะเทือนควอนตัมทำให้เกิดช่องทางการถ่ายโอน

นักเคมีชาวอเมริกันจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันได้รวบรวมหลักฐานใหม่ว่าการสั่นสะเทือนของควอนตัมมีบทบาทสำคัญในการถ่ายโอน (ถ่ายโอน) ของอิเล็กตรอน บทความเกี่ยวกับงานนี้ซึ่งตีพิมพ์ใน Nature Chemistry อาจเป็นก้าวสำคัญในการศึกษากระบวนการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์

ผู้เขียนศึกษาพบว่าการสั่นสะเทือนของควอนตัมเป็นช่องทางสำหรับการขนส่งอนุภาคโดยใช้เลเซอร์สเปกโตรสโคปีที่รวดเร็วเป็นพิเศษ งานหลักที่นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญระหว่างการทดลองคือการแยกจากความเชื่อมโยงกันของการสั่นสะเทือนจำนวนมาก (ความสม่ำเสมอร่วมกันของกระบวนการสั่นสะเทือน) ที่เกิดจากรังสีเลเซอร์ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน พัลส์เลเซอร์สั้นในสเปกโทรสโกปีความเร็วสูงช่วยบล็อกวัตถุดูดซับแสงทั้งหมดพร้อมกัน ทำให้นักวิจัยสามารถศึกษากระบวนการถ่ายโอนโดยปราศจากการรบกวน

นักเคมีพบว่าปฏิกิริยาการถ่ายโอนกินเวลาประมาณ 30 femtoseconds ซึ่งตรงกันข้ามกับทฤษฎี Marcus ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในปัจจุบัน (คำอธิบายของกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในตัวทำละลายขั้วในกรอบของการประมาณแบบกึ่งคลาสสิก) "เราได้ค้นพบเหตุการณ์ทางกลควอนตัมที่ไม่เหมือนใครซึ่งเกิดขึ้นในปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในกรอบเวลาที่ จำกัด มาก" ผู้เขียนนำ Shahnavaz Rafik กล่าว

เหตุการณ์ที่ Rafik พูดถึงแสดงให้เห็นว่าเป็นการสูญเสียการเชื่อมโยงกันของเฟสตามการสั่นของความถี่สูง ตามด้วยการปรากฏตัวของการเชื่อมโยงกันของเฟสตามการสั่นของความถี่สูงโดยหุนหันพลันแล่น ผู้เขียนงานยังพบว่าผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนมีแพ็กเก็ตคลื่นเพิ่มเติม (ชุดของลักษณะคลื่นบางชุดในพื้นที่และเวลาจำกัด) ซึ่งสารตั้งต้นไม่มี จากสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์สรุปได้ว่าลำดับของการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานั้นถูกกำหนดโดยความถี่ของโหมดการสั่น

"เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าแพ็กเก็ตคลื่นสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้โฟตอนพัลส์เท่านั้น" Bo Fu ผู้ร่วมวิจัยอธิบาย “แต่ที่นี่เราเห็นแพ็กเก็ตคลื่นที่ดูเหมือนจะไม่ได้เกิดจากแรงกระตุ้นดังกล่าว การจำลองของควอนตัมไดนามิกช่วยให้เราสามารถระบุได้ว่าแพ็กเก็ตคลื่นนี้สร้างขึ้นโดยปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอน"

นักเคมีได้เปรียบเทียบการสร้างแพ็กเก็ตคลื่นระหว่างการถ่ายโอนอิเล็กตรอนกับการยืดสปริงที่สั่นสะเทือนไปยังตำแหน่งที่เสถียรกว่า ซึ่งสปริงจะสั่นสะเทือนที่แอมพลิจูดที่มากกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับตำแหน่งเฉลี่ยใหม่ การตอบสนองของการสั่นสะเทือนแบบซิงโครไนซ์ของโครงสร้างโมเลกุลทำให้เกิดกลไกในการยับยั้งการทำซ้ำของการถ่ายโอนอนุภาคที่สอดคล้องกัน

ก่อนหน้านี้ เราเขียนว่าการทดลองที่ Large Hadron Collider เผยให้เห็นความเบี่ยงเบนจาก Standard Model และเกี่ยวกับวิธีการทำให้สถานะควอนตัมยาวนานขึ้นหนึ่งหมื่นเท่า