Un team di scienziati europei ha compiuto un passo avanti significativo nella comprensione della meccanica quantistica, riuscendo a visualizzare direttamente il movimento quantistico zero-point all'interno di una molecola complessa. Questo fenomeno, che descrive le vibrazioni minime di un sistema anche a temperature vicine allo zero assoluto, è stato osservato nella molecola 2-iodopiridina poco prima che questa si frammentasse sotto l'impatto di un potente fascio di raggi X presso l'European X-ray Free Electron Laser (European XFEL).
Utilizzando impulsi di raggi X ultracorti e intensi, i ricercatori hanno causato la rimozione di elettroni dalla molecola, caricandola e inducendo una repulsione tra le sue parti che ha portato alla sua disintegrazione. Analizzando la traiettoria e l'orientamento dei frammenti risultanti con il sistema COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy), gli scienziati sono stati in grado di ricostruire la forma della molecola e il suo movimento interno al momento della rottura. Questo apparato ha permesso di tracciare simultaneamente più particelle cariche con una precisione temporale di femtosecondi, creando un'immagine tridimensionale della struttura molecolare.
L'analisi dei dati ha rivelato che i frammenti non si separavano secondo un modello geometrico atteso, ma presentavano sottili distorsioni indicative di un movimento coordinato e non casuale. Questo movimento è stato identificato come moto quantistico coerente, una vibrazione dettata dalle leggi quantistiche e distinta dalle ordinarie vibrazioni termiche. Markus Ilchen, autore principale dello studio, ha descritto questo fenomeno come "un balletto orchestrato su scala atomica", sottolineando che non si tratta di caos ma di un movimento governato da principi quantistici. I risultati sono stati ulteriormente validati da simulazioni al computer che hanno incorporato effetti quantistici.
Questa scoperta rappresenta una pietra miliare nell'imaging molecolare, consentendo per la prima volta l'osservazione in tempo reale del comportamento quantistico di una molecola complessa. L'esperimento getta nuova luce sul comportamento fondamentale della materia a scale atomiche e quantistiche, aree cruciali per la chimica, la fisica e la modellazione delle interazioni molecolari. L'osservazione diretta di queste vibrazioni quantistiche offre una finestra senza precedenti sui meccanismi che governano la stabilità e la reattività molecolare, con potenziali applicazioni nello sviluppo di materiali innovativi e nella comprensione dei processi chimici naturali. Stefan Pabst, un ricercatore coinvolto nella modellazione, ha evidenziato l'importanza della meccanica quantistica per la materia e la vita, affermando che "vederne così chiaramente gli effetti è non solo affascinante, ma essenziale per far progredire la scienza e le tecnologie future".
La ricerca, pubblicata sulla rivista *Science*, dimostra la capacità delle tecnologie moderne di rivelare fenomeni precedentemente considerati puramente teorici. Apre la strada a un futuro in cui il controllo e la manipolazione del comportamento quantistico delle molecole potrebbero rivoluzionare settori come la scienza dei materiali, la farmacologia e il calcolo quantistico. Questa osservazione del "balletto quantistico" degli atomi conferma che, anche in uno stato di apparente quiete, la materia è in costante movimento, sfidando la nostra comprensione classica del mondo e svelando misteri fondamentali della realtà attraverso gli strumenti scientifici più avanzati.