Ученые объясняют реакции, использующие причудливые свойства квантовой физики

:  Оказывается, протекание химических реакций в среде с температурой, близкой к абсолютному нулю, заметно ускоряется, что возможно благодаря использованию молекулами межзвездного вещества явления квантового туннелирования. Молекулы, плавающие в темном холодном вакууме межзвездного пространства, могут использовать квантовую механику для проведения реакций и создания более сложных химических веществ, говорится в новом исследовании. Ученые объясняют реакции, использующие причудливые свойства квантовой физики, которые могут оказаться ключевым элементом космического «конвейера» по производству сложных органических молекул, включая и те, которые необходимы для зарождения жизни. На протяжении долгого времени астрономам было известно, что звезды производят химические элементы, но лишь недавно исследователи обнаружили наличие сложных органических молекул, плавающих в облаках из космического газа и пыли. Формирование этих веществ, среди которых разные виды спиртов, сахаров и даже ингредиенты смолы, трудно объяснить, поскольку столкновение молекул в космическом пространстве должны происходить довольно редко.

В прошлом году астрономы обнаружили молекулу под названием метокси (CH3O) в газовом облаке. Она формируется, когда гидроксильная группа (OH) и метанол (CH3OH) вступают в реакцию. Тем не менее, данной реакции требуется больше энергии, чем доступно в открытом космосе, температура которого немногим выше абсолютного нуля.

Дуэйн Херд и его исследовательская команда из Университета Лидса (Англия) изучали реактивность гидроксильных групп по отношению к другим молекулам, включая и метанол. В ходе проведения работы ученые поместили два реактива вместе в криогенный сосуд. К их удивлению обнаружилось, что реакция проходила в 50 раз быстрее при температуре -250С, чем при комнатной, даже несмотря на то, что замороженные молекулы могли оперировать намного меньшим количеством энергии.

В следующем номере «Природной Химии» должна появиться статья, в которой команда Херда объясняет свою находку, связывая ее с явлением квантового туннелирования. Обычно, химическая реакция происходит в том случае, когда молекулы обладают достаточным количеством энергии для преодоления так называемого энергетического барьера. Но специфическое следствие квантовой механики состоит в том, что молекулы могут время от времени обходить данный барьер, который подобен холму, без реквизитов в виде энергии. «Частица способна пройти сквозь основание горы так, как будто бы последней и вовсе не существует», говорит Эрик Хербст, астрохимик Университета Виргинии (Шарлоттсвилль, США).

Херд и его коллеги обнаружили, что шансы квантового туннелирования повышаются со снижением температуры, поскольку медленно движущиеся молекулы гидроксильных групп и метанола при столкновении чаще соединяются, чем отскакивают друг от друга. Такая промежуточная связь предоставляет больше возможностей для туннелирования сквозь энергетический барьер, ускоряя протекание реакции. По оценке Херда, одно из десяти гидроксил-метаноловых столкновений в космосе ведет к появлению метокси; без квантового туннелирования шансы снижаются к одному случаю десять миллионов.

Другие межзвездные молекулы также могут быть обязаны своим существованием квантовой механике, говорит Стивен Клиппенштейн, теоретический химик Аргоннской Национальной Лаборатории (Иллинойс, США). «Это не единственный случай. В будущем люди еще столкнутся с чем-то подобным», добавляет он.

comments powered by HyperComments

Также читайте