העמידות המסתורית של מולקולות תלת-אטומיות

פרופ' לב חייקוביץ' מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בר-אילן, יחד עם חוקרים מארה"ב, חשף התנהגות יוצאת דופן של מולקולות תלת-אטומיות הקשורות באופן חלש במיוחד, והמנוגדת לידע הקיים בתחום מכניקת הקוונטים. המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי  Nature Communications שופך אור על החוסן המסתורי של מולקולות הללו, המונע פירוק.

מולקולות אלו, הידועות כ- Efimov trimers, מחוברות בצורה כה רופפת שאפילו כמות זעירה של אנרגיה תרמית מונעת את היווצרותן. באופן תיאורטי, Efimov trimers חיים רק בתוך מרחב מסוים של פרמטרים הדורש אינטראקציות חזקות מאוד בין האטומים המרכיבים אותו. כאשר אינטראקציות אלה הופכות חלשות יותר, Efimov trimers צפויים להתפרק לאטומים חופשיים או למולקולה דו-אטומית ואטום חופשי. במחקר, יצרו החוקרים סביבה ייעודית של מיליונית המעלה מעל האפס המוחלט כדי לחקור את המצבים הייחודיים הללו, וכך נחשפה תופעה יוצאת דופן: Efimov trimers הדגימו עמידות מפתיעה בפני התפרקות.

"המחקר שלנו חושף היבט בסיסי של מכניקת הקוונטים, המציג את העמידות של מולקולות ייחודיות אלו למרות קיומן מחוץ למרחב הפרמטרים שנחזה בתחילה", מסביר פרופ' חייקוביץ שהוביל את המחקר עם עמיתיו מאוניברסיטאות קולורדו ומרילנד. "תגלית זו מאתגרת פרדיגמות קיימות ומדגישה את החשיבות של מחקר מונחה סקרנות בהרחבת הבנתנו את חוקי מכניקת הקוונטים."

החוקרים השתמשו בשיטת ניסוי ייחודית שפיתחו, ויצרו מצב של סופרפוזיציה קוונטית של מולקולה תלת-אטומית ומולקולה דו-אטומית, יחד עם אטום חופשי בודד. באמצעות תצפית וניתוח מדוקדקים, הם הגיעו לדיוק פורץ דרך במדידת רמות האנרגיה של מבנים מולקולריים חדשים אלה וחשפו את תכונות ההישרדות המפתיעות של Efimov trimers . המחקר התיאורטי המעמיק שביצעו מצא שינוי צורה של אינטראקציות במולקולה שהסבירה את התצפיות הניסיוניות, למרות שזכתה להתעלמות במחקרים קודמים.

אחת התופעות המסקרנות ביותר שנצפתה על ידי המחקר, אך נותרה בלתי מוסברת, היא משך החיים הארוך והמפתיע של מצב הסופרפוזיציה הקוונטית. תופעה זו מאתגרת מדענים ברחבי העולם, פותחת אפיקים חדשים לחקירה ומגדירה מחדש את גבולות הידע שלנו.

"עבודה זו מדגימה את המהות של מחקר מונחה סקרנות, המוביל אותנו למחוזות בלתי צפויים ומציב שאלות עמוקות המאתגרות את ההבנה שלנו לגבי היקום", אומר פרופ' חייקוביץ'. "באמצעות שיתוף פעולה ומסירות, אנו ממשיכים לפענח את מסתורי הפיזיקה של אטומים ומולקולות קטנות, וסוללים את הדרך לתגליות מהפכניות".

ממצאי המחקר עוררו הדים בקרב קהילת המחקר, והוכיחו שגם לאחר עשרות שנים של מחקר, מכניקת הקוונטים ממשיכה להפתיע.

לתוכניות הלימוד בפיזיקה