Американские ученые разработали методику, позволяющую управлять химическими реакциями на уровне квантовых взаимодействий — с помощью фотонных пучков.
Управление светом: Фотонная химия

Принципиально новый метод управления химическими реакциями с помощью пучков фотонов напоминает метод, использующий гравитационное ускорение для прокладывания экономичных траекторий космических аппаратов. Он позволяет путешествовать на дальние расстояния с минимальными затратами горючего за счет притяжения различных крупных космических тел (к примеру, так движется европейский аппарат Rosetta, направляющийся к комете Чурюмова-Герасименко — об этом мы писали в заметке «В гости к Марсу»). Аналогом спутников выступают электроны. Силы, которые удерживают их на орбитах у атомного ядра, не относятся к гравитационным, и все же в известном приближении их поведение схоже с поведением макроскопических тел, находящихся в гравитационном поле.

Любые химические превращения в конечном итоге можно свести к изменению конфигурации электронных оболочек отдельных атомов и молекул. При этом на поведение электронов можно влиять с помощью фотонов — квантов света. Это означает, что химическими реакциями можно управлять с помощью фотонных пучков, состоящих из фотонов определенной частоты, подаваемых в определенной последовательности. Именно эта предпосылка легла в основу метода, разработанного учеными во главе с Мартином Грюбелем (Martin Gruebele).

«Наша Солнечная система имеет множество планет, лун и астероидов, которые могут доставить космический корабль туда, куда вам нужно. Вместо того, чтобы жечь тонны топлива и прорываться к цели напрямик, вы можете вывести аппарат на нужную траекторию возле какого-нибудь крупного тела: его притяжение выполнит за вас всю основную работу», — комментирует Мартин Грюбель. Аналогичным образом можно влиять на метаморфозы электронных оболочек, используя тщательно рассчитанные фотонные импульсы, выступающие в роли источника энергии. При этом основную часть работы по превращению одного вещества в другое сделают силы, ответственные за существование атомов и молекул как целостных систем. Правда, существует одно большое «но»: движение макроскопических тел описываются ньютоновской механикой, в то время как атомы, элементарные и наночастицы подчиняются законам механики квантовой, которая рассматривает любую частицу как сложную волновую функцию. И все же методика действует и позволяет управлять состоянием квантовых систем с помощью дозированных внешних воздействий.

«Мы можем рассчитать, каким изменениям повергнется исходная система под действием того или иного светового импульса. Следовательно, мы способны влиять на поведение квантовых систем. С помощью фотонных пучков мы можем контролировать химические реакции и влиять на различные объекты в ней» — подытоживает ученый.

Это достижение демонстрирует удивительную точность, которую уже удалось достигнуть в манипуляции элементарными частицами. Другой пример такого подхода — передача индивидуальных электронов, «Минимальный ток».

По публикации EurekAlert