L'entanglement quantistico rende i legami chimici misurabili per la prima volta
I fisici della LMU sviluppano una nuova struttura per comprendere il legame chimico attraverso l'entanglement quantistico
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Il legame chimico è uno dei principi organizzativi centrali del mondo microscopico. Determina il modo in cui gli atomi si combinano e quindi governa un'ampia gamma di proprietà fisiche e chimiche dei sistemi quantistici su molte scale di lunghezza, dalle piccole molecole e biomolecole ai materiali solidi macroscopicamente grandi. Tuttavia, nonostante la sua importanza fondamentale e il suo ruolo di primo piano già nell'educazione scientifica delle scuole superiori, i legami chimici rimangono sorprendentemente elusivi dal punto di vista della meccanica quantistica. Sono indispensabili per descrivere la materia, anche se non sono quantità direttamente osservabili.
In un recente articolo pubblicato su Nature Communications, il gruppo guidato dal dottor Christian Schilling, fisico della LMU e membro del MCQST Cluster of Excellence, affronta questa annosa sfida utilizzando i concetti della teoria dell'informazione quantistica. Basandosi sulla loro esperienza nell'entanglement orbitale nella chimica quantistica, Christian Schilling e il suo dottorando Lexin Ding, ora borsista dell'ETH di Zurigo, insieme al collaboratore Eduard Matito del Centro Internazionale di Fisica di Donostia in Spagna, hanno sviluppato un nuovo quadro di riferimento per la comprensione del legame chimico attraverso l'entanglement quantistico.
I ricercatori hanno introdotto la nozione di orbitali atomici massimamente entangled (MEAO), i cui modelli di entanglement rivelano le strutture di legame delle molecole in modo naturale e sistematico. È sorprendente che questa struttura riesca a catturare non solo i legami convenzionali a due centri descritti dalle strutture di Lewis, ma anche fenomeni di legame più complessi, come i legami multicentrici, i sistemi aromatici come il benzene e i modelli di legame transitori che emergono durante le reazioni chimiche. Questi diversi scenari di legame possono ora essere descritti in un unico quadro unificato e completamente ab initio.
Il lavoro rivela una profonda connessione tra il legame chimico e l'entanglement quantistico e stabilisce un linguaggio unificato e quantitativo per descrivere i fenomeni di legame. "In futuro, questa struttura potrebbe diventare un potente strumento per studiare sistemi molecolari complessi, reazioni chimiche e meccanismi di legame non convenzionali per i quali gli approcci tradizionali spesso falliscono", afferma Schilling.
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