Науковці з Університету Гете у Франкфурті, у співпраці з Інститутом ядерної фізики Макса Планка, здійснили безпрецедентне пряме візуалізаційне дослідження квантового нульового руху в складній молекулі. Це новаторське дослідження, опубліковане у серпні 2025 року, продемонструвало, що навіть за температури абсолютного нуля атоми в межах молекул демонструють скоординовані, не випадкові вібрації, зумовлені нульовою енергією. Цей прорив надав прямі докази так званого "вічного танцю" атомів – явища, яке раніше було лише теоретично передбачене, але ніколи не спостерігалося безпосередньо.
Дослідницька група під керівництвом професора Тіля Янкі використала надкороткі, високоінтенсивні імпульси рентгенівського лазера European XFEL для індукції контрольованих вибухів у молекулах йодопіридину. Аналізуючи отримані фрагменти молекул за допомогою спеціалізованого мікроскопа реакцій COLTRIMS, вчені змогли реконструювати початкові структури молекул, зафіксувавши тонкі, скорельовані рухи атомів. Цей метод, відомий як кулонівське вибухове зображення, дозволив отримати високоточні знімки молекул, фіксуючи скорельовані рухи атомів, що вібрують у унісон.
Раніше цей метод був обмежений малими молекулами, що складаються не більше ніж з п'яти атомів, але команда Янкі розширила його можливості для роботи з більш складними молекулами, такими як йодопіридин, що складається з одинадцяти атомів і має 27 різних режимів вібрації. Ці результати мають значні наслідки для фундаментального розуміння квантової механіки.
Вони не тільки підтвердили, що атоми не вібрують індивідуально, а дотримуються узгоджених патернів, але й відкрили нові шляхи для дослідження фотохімічних реакцій. Дослідники вже планують подальші експерименти, спрямовані на спостереження не лише руху атомів, але й динаміки електронів, прагнучи створювати короткі фільми, що зображують молекулярні процеси – завдання, яке колись вважалося неможливим.
Цей прорив не лише поглибив розуміння квантової механіки, але й відкрив нові горизонти для майбутніх досліджень, що може вплинути на такі галузі, як хімія та матеріалознавство. Зокрема, розуміння нульової енергії в квантовій механіці є фундаментальним для таких галузей, як квантові обчислення, нанотехнології та теорії енергії вакууму.