Una collaborazione tra fisici della Goethe University di Francoforte e dell'Istituto Max Planck di Fisica Nucleare ha ottenuto un risultato pionieristico: la visualizzazione diretta del movimento quantistico di punto zero all'interno di una molecola complessa.
La ricerca, pubblicata nell'agosto 2025, dimostra che gli atomi nelle molecole, anche a temperature prossime allo zero assoluto, mostrano vibrazioni coordinate e non casuali, guidate dall'energia di punto zero. Questo fenomeno, conseguenza del principio di indeterminazione di Heisenberg, afferma che le particelle non possono mai essere completamente ferme, nemmeno nel loro stato energetico più basso.
Guidato dal Professor Till Jahnke, il team ha utilizzato impulsi laser a raggi X ultrabrevi e ad alta intensità dell'European XFEL. Questi impulsi hanno indotto un'esplosione controllata nelle molecole di iodopiridina, un composto organico composto da undici atomi. Analizzando i frammenti molecolari risultanti con un microscopio di reazione COLTRIMS personalizzato, i ricercatori sono stati in grado di ricostruire la struttura molecolare originale e catturare i movimenti correlati degli atomi.
Questo metodo, noto come imaging di esplosione Coulombiana, ha permesso di trasformare simulazioni astratte in dati empirici, offrendo una visione diretta di dinamiche precedentemente inaccessibili. La ricerca fornisce la prima prova tangibile della "danza eterna" degli atomi, un concetto fino ad ora inferito o modellato teoricamente. La molecola di iodopiridina, ad esempio, ha esibito 27 diverse modalità vibrazionali.
La capacità di osservare queste vibrazioni correlate in molecole complesse apre nuove prospettive per la comprensione della meccanica quantistica fondamentale e potrebbe accelerare la ricerca in settori come la chimica computazionale, la scienza dei materiali e lo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche. La comprensione del movimento quantistico di punto zero è fondamentale per prevedere accuratamente il comportamento molecolare, influenzando fenomeni come i legami chimici e le transizioni di fase.
La ricerca apre la strada alla creazione di "film molecolari" ancora più dettagliati, che potrebbero includere non solo il movimento degli atomi ma anche quello degli elettroni, con implicazioni rivoluzionarie per campi come l'elettronica molecolare e la scienza dell'informazione quantistica. Questo lavoro non solo convalida concetti teorici fondamentali, ma pone anche le basi per future innovazioni, spingendo i confini della nostra comprensione del mondo subatomico.