Wetenschappers van de Goethe Universiteit Frankfurt en het Max Planck Instituut voor Kernfysica hebben voor het eerst de kwantum nulpuntsbeweging in een complex molecuul direct gevisualiseerd. Dit baanbrekende onderzoek, gepubliceerd in augustus 2025, toont aan dat atomen binnen moleculen gecoördineerde, niet-willekeurige trillingen vertonen, zelfs bij absolute nultemperatuur, aangedreven door nulpuntsenergie.
Het onderzoeksteam, onder leiding van Professor Till Jahnke, gebruikte ultrashorte, hoog-intensieve röntgenlaserpulsen van de European XFEL om gecontroleerde explosies in iodopyridine moleculen te induceren. Door de resulterende moleculaire fragmenten te analyseren met een aangepaste COLTRIMS-reactiemicroscoop, reconstrueerden zij de oorspronkelijke moleculaire structuren en legden zo de subtiele, gecorreleerde bewegingen van atomen vast. Deze prestatie levert direct bewijs voor de 'eeuwige dans' van atomen, een fenomeen dat eerder werd afgeleid maar nooit direct werd waargenomen.
De bevindingen hebben aanzienlijke implicaties voor het begrip van fundamentele kwantummechanica en kunnen de studie van fotochemische reacties bevorderen. De gebruikte COLTRIMS-reactiemicroscoop, een geavanceerd instrument dat in Frankfurt is ontwikkeld, stelt onderzoekers in staat om de driedimensionale momentumvectoren van meerdere ionen en elektronen gelijktijdig en in coincidentie te meten, wat een ongekend detailniveau biedt voor het bestuderen van moleculaire dynamica.
De European XFEL, een van de krachtigste röntgenlasers ter wereld, speelde een cruciale rol door de extreem korte en intense pulsen te leveren die nodig zijn om deze moleculaire explosies te initiëren en de daaropvolgende fragmenten te detecteren. De iodopyridine moleculen, bestaande uit elf atomen, vertoonden een repertoire van 27 verschillende vibratiemodi, wat de complexiteit van deze kwantumfenomenen benadrukt.
Deze doorbraak opent deuren naar het observeren van nog snellere elektronendansen op kwantumniveau en biedt nieuwe inzichten in nulpuntsenergie, wat de weg effent voor een dieper begrip van de aard van materie op zijn meest fundamentele niveau.