Sebuah tim peneliti Eropa telah berhasil memvisualisasikan secara langsung gerakan kuantum titik nol yang tak terlihat di dalam molekul kompleks sesaat sebelum molekul tersebut terfragmentasi di bawah pancaran sinar-X yang sangat kuat. Gerakan titik nol, yaitu getaran kuantum minimal suatu sistem, merupakan konsep teoretis yang sulit diamati secara langsung, terutama dalam molekul kompleks.
Para peneliti menggunakan molekul 2-iodopyridine dan membombardirnya dengan pulsa sinar-X ultra-pendek dan intens di European X-ray Free Electron Laser (European XFEL) dekat Hamburg. Energi yang disalurkan mengupas elektron dari molekul, memberinya muatan berat dan menyebabkan tolakan antar bagiannya, yang mengarah pada disintegrasi menjadi fragmen. Dengan menganalisis lintasan dan orientasi fragmen-fragmen ini, para ilmuwan dapat merekonstruksi bentuk dan gerakan internal molekul pada saat pecahnya.
Untuk menangkap ledakan molekuler ini secara rinci, para peneliti menggunakan sistem COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Peralatan ini dapat secara bersamaan melacak banyak partikel bermuatan dengan presisi temporal yang ekstrem, diukur dalam femtodetik (sepersejuta miliar detik). Teknologi ini memungkinkan mereka untuk menciptakan gambaran tiga dimensi lengkap dari struktur molekul, yang mengungkapkan bahwa fragmen-fragmen tersebut menunjukkan distorsi halus, mengindikasikan gerakan terkoordinasi dan tidak acak yang merupakan karakteristik mekanika kuantum, yang dikenal sebagai gerakan kuantum koheren.
"Getaran ini bukanlah kekacauan, tetapi tarian terorkestrasi pada skala atom," jelas Markus Ilchen, penulis utama studi tersebut. Temuan ini dikuatkan oleh simulasi komputer canggih yang hanya model yang menggabungkan efek kuantum yang secara akurat mereproduksi data eksperimental. Eksperimen ini menandai langkah signifikan dalam pencitraan molekuler, memungkinkan peneliti untuk mengamati perilaku kuantum molekul kompleks secara real-time.
Penemuan ini memberikan wawasan baru pada perilaku fundamental materi pada skala atom dan kuantum, yang merupakan area penting untuk kimia, fisika, dan pemodelan interaksi molekuler. Pengamatan langsung getaran kuantum ini menawarkan jendela yang belum pernah ada sebelumnya ke dalam mekanisme yang mengatur stabilitas dan reaktivitas molekuler, yang berpotensi berguna untuk mengembangkan material inovatif atau lebih memahami proses kimia di alam.
"Mekanika kuantum adalah inti dari materi dan kehidupan," kata Stefan Pabst, seorang peneliti yang terlibat dalam pemodelan. "Melihat efeknya dengan begitu jelas tidak hanya menarik tetapi juga penting untuk memajukan sains dan teknologi di masa depan." Penelitian ini, yang diterbitkan dalam jurnal Science, menunjukkan kekuatan teknologi modern dalam mengungkap fenomena yang sebelumnya dianggap murni teoretis dan membuka jalan baru untuk penelitian di bidang komputasi kuantum dan ilmu material.
Dengan memvisualisasikan gerakan kuantum titik nol ini, para ilmuwan mendapatkan wawasan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang dinamika kuantum pada skala atom, yang berpotensi merevolusi pemahaman kita tentang reaksi kimia dan pengembangan material baru.