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Investigadores del Instituto de Física Fundamental (IFF-CSIC), junto con científicos de otras instituciones nacionales e internacionales, han estudiado cómo los efectos cuánticos modifican la velocidad de las reacciones químicas que involucran moléculas de hidrógeno cuando estas se encuentran confinadas en nanogotas de helio.
El trabajo, publicado en Nature Communications, analiza la reacción entre moléculas de H₂ en un entorno de helio superfluido a 0,37 kelvin, unas condiciones de temperatura extremadamente bajas que permiten observar fenómenos cuánticos que resultan difíciles de estudiar en condiciones convencionales.
Los investigadores han empleado espectroscopía de bombeo-sonda con pulsos láser de femtosegundos para seguir la evolución de las reacciones a escala ultrarrápida.
Los resultados muestran que el entorno proporcionado por las nanogotas de helio puede acelerar significativamente la formación del ion H₃⁺, un producto fundamental de la química del hidrógeno. En concreto, la formación de H₃⁺ se produce en aproximadamente 59 femtosegundos dentro de las nanogotas, frente a unos 152 femtosegundos en fase gaseosa, según las mediciones realizadas por el equipo investigador.
La investigación pone de manifiesto el papel de los efectos cuánticos nucleares, especialmente relevantes en partículas ligeras como los núcleos de hidrógeno. En las nanogotas de helio, las moléculas de H₂ presentan una mayor deslocalización cuántica debido a las condiciones criogénicas, lo que modifica la dinámica de la reacción y favorece una formación más rápida de H₃⁺.
Los experimentos también compararon este comportamiento con el de moléculas de deuterio (D₂), observándose un efecto isotópico más reducido para el isótopo más pesado.
El estudio aporta así nuevos datos sobre la influencia del entorno cuántico en la reactividad química y abre nuevas posibilidades para investigar procesos moleculares a temperaturas ultrabajas. Además, el ion H₃⁺ presenta especial interés en astroquímica, ya que participa en diferentes cadenas de reacciones que intervienen en la formación de moléculas complejas en el medio interestelar.
El trabajo es fruto de una colaboración internacional en la que participan investigadores del IFF-CSIC y de la Universidad Autónoma de Madrid, junto con centros de investigación de China y otras instituciones científicas. Los resultados contribuyen a comprender con mayor precisión cómo los efectos cuánticos pueden modificar la velocidad y el comportamiento de las reacciones químicas de moléculas ligeras.
Referencia: Chen, J., Zhao, L., Huang, H. et al. Ultrafast bimolecular reaction catalysis via engineered nuclear quantum effects in helium nanodroplets. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-76012-6
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