في المختبرات، اعتاد الكيميائيون على اعتبار التفاعلات على أسطح المحفزات عملية تقليدية: تتصادم الجزيئات، وتتبادل الإلكترونات، وتشكل مواد جديدة. ومع ذلك، فإن العمل المشترك الجديد لعلماء من جامعة نوتنغهام وهارفارد يضع هذا التبسيط موضع تساؤل.
حصل البروفيسور جيراردو أديسو من كلية العلوم الرياضية في نوتنغهام، مع زملائه ميليسا ماثر وأنابيل لانتيرنا، على تمويل من البرنامج المشترك بين UKRI والمؤسسة الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة. يقود الجانب الأمريكي البروفيسور جون هو لي وسويان شو. يبلغ إجمالي ميزانية مشروع «Entanglement Witness of Heterogeneous Surface Reactions» حوالي 550 ألف جنيه إسترليني لنوتنغهام و700 ألف دولار لهارفارد. سيستمر البحث ثلاث سنوات ابتداءً من أكتوبر 2026.
التشابك الكمي هو حالة تظل فيها خصائص الجسيمات مترابطة حتى عبر المسافات. في الظروف العادية، تعمل البيئة على تدمير هذه الارتباطات بسرعة، ويصف الكيميائيون التفاعلات دون مراعاة التأثيرات الكمومية. سيتحقق الفريق مما إذا كان التشابك يُحفظ في التفاعلات غير المتجانسة الحقيقية على الأسطح وما إذا كان يؤثر على مسارها.
للقيام بذلك، سيجمع العلماء بين ثلاثة مناهج: الاستشعار الكمي النانوي باستخدام عيوب النيتروجين-الشاغر في الألماس، وأساليب نظرية المعلومات الكمومية لتأكيد التشابك، والحسابات من المبادئ الأولى للأنظمة الكمومية المفتوحة. إذا تبين أن الارتباطات كمومية حقًا وليست تقليدية، فسيغير ذلك فهم التحفيز.
قد تؤدي النتائج إلى تطوير أدوات جديدة لدراسة المواد الحفزية والمغناطيسية. في المستقبل، سيفتح هذا آفاقًا لعمليات أكثر كفاءة في التحفيز الضوئي، وتحويل الطاقة، وتقنيات الكم التي تؤثر بالفعل على إنتاج الأسمدة، وتنقية غازات العادم، وتطوير الخلايا الشمسية.
كما سيعزز المشروع التعاون بين المملكة المتحدة والولايات المتحدة، من خلال دعم الباحثين بعد الدكتوراه في العلوم الرياضية والكيميائية. ستُجرى التجارب والمحاكاة بالتوازي في البلدين، مما سيسرع من اختبار الفرضيات.
إذا كان التشابك يشارك بالفعل في التحولات الكيميائية، فإن الأوصاف المعتادة للتفاعلات ستتطلب مراجعة جادة.
