Университет Базеля обнаружил «запрещённые» колебания одиночных ионов азота и уточнил частоту в десять раз

Группа профессора Стефана Виллича с химического департамента Базельского университета обнаружила «запрещённые» колебательные переходы у отдельных положительно заряженных молекул азота. Результаты опубликованы в Nature Communications, сообщает unibas.ch от 10 ноября 2026 года unibas.chunibas.chunibas.chОткрыть источник ↗. В отличие от прежних методов, измерение не разрушало молекулы.

В квантовой физике «запрещённый» означает крайне маловероятный, а не невозможный. Такие колебания возбуждаются инфракрасным светом в миллиарды раз хуже обычных колебаний молекул. Они откликаются только на свет с очень точно заданной частотой, поэтому их рассматривают как возможный эталон для часов.

Квантово-логическая спектроскопия в ловушке

Исследователи удерживали в ловушке одну заряженную молекулу азота вместе с заряженным атомом кальция. Ион кальция под лазерным светом можно заставить светиться, и по этому свечению определяется состояние молекулы. Метод называется квантово-логической спектроскопией.

Точно настроенный лазер приводит обе частицы в совместное движение, но только если молекула азота находится в самом низком энергетическом состоянии. Отклик иона кальция показывает состояние молекулы, а считывание это состояние не меняет. Группа Виллича впервые увидела запрещённые колебания в образце из множества молекулярных ионов в 2014 году, но применявшийся тогда химический метод обнаружения разрушал молекулы при каждом измерении unibas.chunibas.chunibas.chОткрыть источник ↗.

Повторные измерения и выигрыш в десять раз

Частоту второго лазера меняли, пока она не совпала с запрещённым переходом. Один импульс переводил молекулу в более высокое энергетическое состояние, второй возвращал обратно. Так одну и ту же молекулу можно изучать снова и снова. По словам соавтора-первого автора Александра Шлыкова, именно это сделало возможным поиск столь слабых спектральных линий.

По измерениям на нескольких сотнях отдельных молекул команда определила характерную частоту колебаний иона азота в десять раз точнее, чем раньше.

Согласно теоретическим предсказаниям, частоты некоторых исследованных переходов почти не должны меняться под внешним влиянием. Виллич называет их очень перспективными кандидатами для будущих молекулярных часов и кубитов. Авторы также отмечают, что точные измерения колебаний молекул можно использовать, чтобы проверить, остаётся ли постоянным отношение масс протона и электрона unibas.chunibas.chunibas.chОткрыть источник ↗.