Химик Канкуэнь Ни (Kang-Kuen Ni) из отделения химии и химической биологии Гарвардского университета и ее коллеги смогли при помощи масс-спектроскопии наблюдать за реагентами, промежуточными и окончательными продуктами химической реакции, шедшей при рекордно низкой температуре 500 нанокельвинов (всего на несколько миллионных долей градуса выше абсолютного нуля).
Ученых интересовали промежуточные продукты химических реакций обмена, в ходе которых молекулы обмениваются друг с другом своими частями. Например, при реакции двух молекул соединения калия и рубидия (KRb) могут возникать двухатомные молекулы этих элементов: K2 и Rb2. Однако четырехатомный промежуточный продукт этой реакции обычно слишком редок и недолговечен, чтобы его можно было обнаружить. Чтобы обойти это препятствие, ученые и воспользовались сверхнизкой температурой.
Состояние вещества при таких условиях называется вырожденным Ферми-газом. Атомы и молекулы в нем находятся в самом низком из возможных энергетических состояний, а квантовые эффекты выражены настолько сильно, что значительно изменяют свойства веществ. В своих предыдущих работах Ни и ее коллеги использовали это состояние вещества, чтобы заставить прореагировать атомы, которые в обычных условиях ни за что не вступили бы в реакцию. Одним из продуктов таких реакций и стало соединения калия и рубидия.
Реакция между двумя молекулами при температуре 500 нанокельвинов длилась несколько микросекунд (тысячных долей секунды). Это невероятно большое по меркам химии время, так как обычные химические реакции проходят за несколько фемтосекунд — квадриллионных долей секунды.
Итоги исследования опубликованы в журнале Science.
