مقالات

کاربرد درهم تنیدگی در واکنش های شیمیایی

Entanglement classifier in chemical reactions

دانشمندان مدتهاست که گمان می کنند که یک پدیده کوانتومی می تواند در فتوسنتز و سایر واکنش های شیمیایی طبیعت نقش داشته باشد، اما مطمئناً در مورد ماهیت این پدیده چیزی نمی دانند زیرا شناسایی چنین پدیده ای، بسیار دشوار است. محققان دانشگاه پوردو روش جدیدی را برای سنجش پدیده درهم تنیدگی در واکنشهای شیمیایی نشان داده اند که به واسطه توانایی ذرات کوانتومی در حفظ ارتباط ویژه با یکدیگر در فاصله زیاد است. کشف دقیق چگونگی عملکرد واکنشهای شیمیایی می تواند روشهایی را برای تقلید یا بازآفرینی آن ها در فناوریهای جدید،  مانند طراحی سیستمهای انرژی خورشیدی بهتر، به وجود آورد.

این مطالعه، که در Science Arvances منتشر شد، یک نظریه کوانتومی به نام “نابرابری بل” را برای شناسایی درهم تنیدگی در واکنش های شیمیایی به کار می گیرد. علاوه بر استدلال های نظری، در مورد انجام واکنش های شیمیایی محققان نابرابری عمومی بل را از طریق شبیه سازی کوانتومی در واکنش های شیمیایی تأیید کرده اند. Kais، استاد شیمی در پردیو در این مورد می گوید: “هنوز کسی نتوانسته است که در آزمایش های شیمیایی در هم تنیدگی بین واکنش دهنده ها را نشان دهد زیرا ما راهی برای اندازه گیری آن در این گونه واکنش ها نداریم. “حال این سؤال وجود دارد که چگونه می توان از درهم تنیدگی برای پیش بینی و کنترل نتیجه واکنش های شیمیایی و محصولات آن استفاده کرد؟”

از سال 1964، نابرابری بل به طور گسترده ای تأیید شده است و به عنوان تستی برای شناسایی درهم تنیدگی به کارگیری می شود و می تواند با اندازه گیری های گسسته توصیف شود. از جمله این اندازه گیری ها می توان به  اندازه گیری جهت گیری اسپین یک ذره کوانتومی و سپس تعیین اینکه آیا آن اندازه گیری با اسپین ذره دیگری ارتباط دارد یا خیر، اشاره  کرد. در این حالت، اسپین سیستم ذرات اگر نابرابری را نقض کند، آنگاه درهم­تنیدگی وجود دارد.

اما توصیف درهم تنیدگی در واکنش های شیمیایی، نیاز به اندازه گیری مداوم دارد چون واکنش دهنده ها دائما در حال تغییر هستند، مانند اندازه گیری زوایای مختلف پرتوهایی که واکنش دهنده ها را در یک واکنش شیمیایی پراکنده می کند و آنها را مجبور به تماس با یکدیگر و تبدیل به محصولات می کنند که این اندازه گیری کمک می کند که از این طریق نحوه تهیه محصولات یک واکنش شیمیایی را تعیین کرد.

تیم Kais نابرابری بل را برای اندازه گیری های مداوم در واکنش های شیمیایی نشان می دهد. پیش از این، قضیه به اندازه گیری های مداوم در سیستم های فوتونی تعمیم داده شده بود. این تیم نابرابری تعمیم یافته بل را در یک شبیه سازی کوانتومی از یک واکنش شیمیایی که منجر به تولید مولکول هیدرید دوتریوم می شود، آزمایش کردند. این آزمایش شیمیایی را در ابتدا محققان دانشگاه استنفورد انجام دادند و هدف آنها بررسی حالت های ملکولی کوانتومی این ترکیب بود که در سال 2018 در مجله nature شیمی چاپ شده است.

از آنجا که شبیه سازی های بررسی شده اعتبار قضیه بل را تأیید کرده و نشان دادند که درهم تنیدگی می تواند در واکنشهای شیمیایی طبقه بندی شود، تیم Kais پیشنهاد می کند در یک آزمایش دقیق بتوان بیشتر بر روی مطالعه درهم تنیدگی در تولید هیدرید دوتریوم کار شود.

Kais در این باره گفت: “ما هنوز نمی دانیم با استفاده از درهم تنیدگی در یک واکنش شیمیایی چه نتایجی را می توان کنترل کرد لذا ساخت و اندازه گیری درهم تنیدگی در این سیستم ها اولین قدم مهم است. این تحقیق براساس کارهایی است که توسط وزارت انرژی ایالات متحده، دفتر علوم پایه انرژی، تحت عنوان جایزه DE-SC0019215 پشتیبانی می شود.

منبع:

Junxu Li and Sabre Kais. Entanglement classifier in chemical reactions. Science Advances, 2019 DOI: 10.1126/sciadv.aax5283

تاریخ انتشار:

2 آگوست 2019

گردآوری:

دکتر نوید یزدان­پناه

ویرایش:

مهندس بابک احمدی

برچسب ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن