Naukowcy z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie, we współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej im. Maxa Plancka, osiągnęli przełom, bezpośrednio wizualizując kwantowy ruch zeropunktowy w złożonej cząsteczce. Badania, opublikowane w sierpniu 2025 roku, wykazały, że nawet w temperaturze zera absolutnego atomy w cząsteczkach wykazują skoordynowane, nieprzypadkowe wibracje napędzane energią zeropunktową. Zjawisko to było dotychczas jedynie przedmiotem teorii i pośrednich obserwacji.
Zespół pod kierownictwem profesora Tilla Jahnke wykorzystał ultralekkie, wysokoenergetyczne impulsy promieniowania rentgenowskiego z European XFEL do wywołania kontrolowanych eksplozji w cząsteczkach jodopirydyny. Analizując powstałe fragmenty molekularne za pomocą mikroskopu reakcyjnego COLTRIMS, naukowcy zrekonstruowali pierwotne struktury cząsteczek. Pozwoliło to na uchwycenie subtelnych, skorelowanych ruchów atomów, które wcześniej były nieuchwytne dla bezpośredniej obserwacji.
Odkrycie to stanowi bezpośredni dowód na istnienie „wiecznego tańca” atomów, przewidywanego przez mechanikę kwantową, ale nigdy wcześniej nieobserwowanego w tak szczegółowy sposób. W przeciwieństwie do klasycznej fizyki, która zakłada spoczynek cząstek w zerze absolutnym, badania te potwierdzają ciągłe drgania atomów. Co więcej, drgania te nie są przypadkowe, lecz odbywają się w skoordynowanych, powiązanych ze sobą wzorach. W przypadku badanej cząsteczki jodopirydyny, składającej się z jedenastu atomów, zidentyfikowano 27 różnych trybów wibracyjnych.
Wyniki te mają istotne implikacje dla fundamentalnego zrozumienia mechaniki kwantowej, umożliwiając naukowcom bezpośrednią obserwację i analizę złożonych zjawisk kwantowych. Badania otwierają nowe możliwości w dziedzinie badań nad reakcjami fotochemicznymi oraz mogą przyczynić się do rozwoju nowych technologii w obszarach takich jak obliczenia kwantowe czy materiałoznawstwo. Profesor Jahnke zapowiedział dalsze prace nad udoskonaleniem metody, planując eksperymenty mające na celu obserwację dynamiki elektronów, co pozwoli na tworzenie „filmów” procesów molekularnych z niespotykaną dotąd precyzją.