Pomiar pojedynczej cząsteczki bez zakłócania jej stanu
2026-09-04
Naukowcy z Uniwersytetu w Innsbrucku, we współpracy z dr. Marcinem Gronowskim oraz prof. Michałem Tomzą z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, opublikowali w czasopiśmie Nature artykuł opisujący nowatorską metodę badania pojedynczych jonów molekularnych. W pracy pokazano, że możliwe jest wykrycie absorpcji pojedynczego fotonu w pojedynczym wieloatomowym jonie CaOH⁺ za pomocą precyzyjnych technik kwantowych.
Badacze opracowali podejście, w którym sygnał pochodzący z zaabsorbowanego fotonu nie jest obserwowany bezpośrednio, lecz poprzez niezwykle subtelny odrzut nadany cząsteczce – jonowi CaOH⁺. Ten efekt jest następnie wzmacniany z użyciem nieklasycznego stanu ruchu układu dwóch współpułapkowanych jonów, tzw. stanu kotaSchrödingera, czyli kwantowej superpozycji dwóch różnych stanów ruchu, wyjątkowo czułej na nawet najmniejsze zaburzenia. Informacja o absorpcji zostaje następnie przekształcona w zmianę stanu drugiego, atomowego jonu Ca⁺, pełniącego funkcję czułego detektora, i odczytana za pomocą fluorescencji laserowej. Autorzy podkreślają, że jest to pierwsze zastosowanie tej metody do detekcji absorpcji pojedynczego fotonu w jonie molekularnym.
Eksperyment został zaprojektowany i wykonany przez zespół prof. Philippa Schindlera w Innsbrucku, podczas gdy naukowcy z UW rozwinęli dokładny teoretyczny opis właściwości badanego jonu molekularnego, niezbędny do analizy i interpretacji wyników doświadczalnych. Metodę wykorzystano do badania drgań rozciągających wiązanie O–H w pojedynczych jonach CaOH⁺ wzbudzanych impulsami femtosekundowymi w zakresie średniej podczerwieni.
Opublikowane wyniki stanowią ważny krok w kierunku nieniszczących pomiarów złożonych cząsteczek wieloatomowych oraz bardziej zaawansowanej kontroli ich stanów kwantowych. Otwiera to nowe perspektywy zarówno dla precyzyjnej spektroskopii molekularnej, jak i dla rozwoju molekularnych technologii kwantowych.
Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
Fizyka i astronomia na Uniwersytecie Warszawskim pojawiły się w 1816 roku w ramach ówczesnego Wydziału Filozofii. Obecnie w skład Wydziału Fizyki UW wchodzą Instytuty: Fizyki Doświadczalnej, Fizyki Teoretycznej, Geofizyki i Katedra Metod Matematycznych Fizyki. Badania pokrywają niemal wszystkie dziedziny współczesnej fizyki, w skalach od kwantowej do kosmologicznej. Kadra naukowo-dydaktyczna Wydziału składa się z ponad 250 nauczycieli akademickich. Na Wydziale Fizyki UW studiuje ponad 1350 studentów i ok. 150 doktorantów. Uniwersytet Warszawski w rankingu szanghajskim dla poszczególnych dziedzin (Shanghai’s Global Ranking of Academic Subjects) znajduje się wśród 200 najlepszych na świecie jednostek, kształcących w dziedzinie fizyki.
PUBLIKACJA NAUKOWA:
Z. Wu, T. Duka, M. Isaza-Monsalve, M. Kautzky, V. Svarc, A. Turci, R. Nardi, M. Gronowski, M. Tomza, B. J. Furey, P. Schindler, "Infrared absorption spectroscopy of a single polyatomic molecular ion", Nature (2026), https://www.nature.com/articles/s41586-026-10915-8POWIĄZANE STRONY WWW:
https://www.fuw.edu.pl
Strona Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
http://quantmol.uw.edu.pl
Strona grupy badawczej Kwantowych Układów Molekularnych
https://www.fuw.edu.pl/informacje-prasowe.html
Serwis prasowy Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
KONTAKT:
Prof. dr hab. Michał Tomza
Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski
tel. +48 22 55 32 972
michal.tomza@fuw.edu.pl
MATERIAŁY GRAFICZNE:
FUW260904b_fot01
https://www.fuw.edu.pl/tl_files/press/images/2026/FUW260904b_fot01
Na zdjęciu od lewej badacze z Wydziału Fizyki UW: Prof. dr hab. Michał Tomza, dr Marcin Gronowski, fot. Patrycja Chuchała/UW
