Группа ученых из химического отдела Кембриджского университета и Кавендишской лаборатории обнаружила то, что движение кольцеобразной молекулы пиррола (pyrrole) по металлической поверхности происходит с нарушением вековых законов классической физики, которые определяют все, что происходит в окружающем нас мире. Используя уникальные высокочувствительные измерительные методы, ученые обнаружили удивительный факт, заключающийся в том, что законы квантовой механики, проявляющиеся обычно на уровне субатомных частиц, могут фактически действовать и на более высоком молекулярном уровне.
Центральная часть молекулы пиррола представляет собой «плоскую пентаграмму» из пяти атомов, четырех атомов углерода и одного атома азота. Каждый из этих атомов имеет связь с атомом водорода, которые торчат наружу молекулы как спицы велосипедного колеса.
Проведя серию экспериментов, ученые получили на руки доказательства того, что в случае с пирролом, квантовые законы, затрагивающие внутренности составных частей молекулы, оказывают характерное влияние на движение молекулы в целом, делая его своего рода «квантовым движением», проявлением законов квантовой физики на более высоком уровне.
Эти эксперименты, проведенные группой, возглавляемой Барбарой Лекнер (Barbara Lechner), заключались в точном измерении количества энергии, которую требуется приложить к молекуле пиррола для того, чтобы она смогла начать двигаться по медной поверхности. Полученные результаты измерений продемонстрировали серьезные отклонения и несоответствия с расчетными величинами, что стало дорогой к открытию квантовой природы движения молекул.
В предыдущих работах ученые смогли точно установить значение так называемого «барьера активации движения», количества энергии, требующегося для ослабления связей частей молекулы с поверхностью, что позволяет молекуле двигаться вдоль этой поверхности. Точное значение было получено методом расчетов, в которых принимают участие электроны, являющиеся связующим звеном между атомным уровнем и более низким уровнем квантовой механики. Но все полученные учеными значения были рассчитаны лишь только с точки зрения классической физики, совершенно не учитывая никаких квантовых составляющих.
Полученные экспериментальным путем значения барьера активации более чем в три раза больше значений, полученных с помощью теоретических расчетов, что крайне озадачило ученых. В поисках ответа на этот вопрос ученые обратились к рассмотрению квантового явления, известного под названием «энергия нулевых колебаний». В классической физике движущийся объект, теряющий постоянно энергию, когда-нибудь дойдет до точки полной остановки.