Os pesquisadores realizaram a primeira simulação de mecânica quântica da reação química ultracold de referência entre o potássio-rubídio (KRb) e um átomo de potássio, abrindo a porta para novos experimentos de química controlada e controle quântico de reações químicas que podem desencadear avanços na computação quântica e tecnologias de detecção. A pesquisa de uma equipe multi-institucional simulou a reação química ultracold, com resultados que não foram revelados em experimentos.

"Descobrimos que a reatividade geral é amplamente insensível à dinâmica caótica subjacente do sistema, "disse Brian Kendrick da Divisão Teórica do Laboratório Nacional de Los Alamos, "Esta observação tem implicações importantes para o desenvolvimento da química controlada e para as aplicações tecnológicas de moléculas ultracold de medição de precisão à computação quântica."

A pesquisa abordou questões em aberto sobre se as reações químicas ocorrem a um bilionésimo de grau acima do zero absoluto e se o resultado pode ser controlado. Cientistas de todo o mundo estão lidando com essas questões experimentalmente, resfriando e prendendo átomos e moléculas a temperaturas próximas do zero absoluto e permitindo que interajam quimicamente. Este campo da química, amplamente conhecida como química ultracold, tornou-se um viveiro para experimentos químicos controlados e controle quântico de reações químicas, o Santo Graal da química.

Em um experimento pioneiro em 2010, grupos do JILA do Colorado (anteriormente conhecido como Joint Institute for Laboratory Astrophysics) foram capazes de produzir um gás ultracold de moléculas KRb em nano-Kelvin temperaturas. Simplesmente girando o spin nuclear de uma molécula de KRb, eles demonstraram que a reação ultracold entre essas moléculas poderia ser ligada ou desligada - uma ilustração perfeita de química controlada sob demanda.

Mas os cálculos teóricos da dinâmica da reação para tais sistemas representam um desafio computacional assustador. Os cálculos da reação K + KRb fornecem novos insights sobre a dinâmica da reação que não é revelada nos experimentos - que as taxas de reação resolvidas rotacionalmente exibem uma distribuição estatística (Poisson).

Uma descoberta fascinante de seu estudo, Notas de Kendrick, é que, embora a reatividade geral seja governada pelas forças de longo alcance, as populações rotacionais da molécula de produto K2 são governadas por uma dinâmica caótica de curto alcance. "A dinâmica caótica parece ser uma propriedade geral de todas as reações ultracold envolvendo moléculas alcalinas pesadas, "disse Kendrick, "então as populações rotacionais de todas essas reações exibirão a mesma distribuição de Poisson."

Esta nova, compreensão fundamental de reações ultracold irá guiar aplicações tecnológicas relacionadas em controle / computação quântica, medição de precisão e sensoriamento importante para as missões de Los Alamos em ciência da informação e tecnologia e segurança global.