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超快激光也无法捕获的化学反应过程 在超冷温度下首次“曝光”

美国科学家在最新一期《科学》杂志发表论文称,在比星际空间冷数百万倍的温度下,他们让两个超冷分子发生了迄今宇宙间最冷的化学反应,形成了分子偶联史上最冷的键。他们表示,科学家可利用这种超冷化学,了解化学反应期间究竟发生了什么事情。

据美国《每日科学》网站近日报道,哈佛大学的倪康坤称,在500纳开尔文(比绝对零度仅高百万分之几摄氏度)下,分子的运动速度降至极低,他们看到了以前从未有人见过的情景:两个分子相遇形成两个新分子的时刻。

在以前的研究中,倪康坤团队使用超低温让原本不可能发生反应的原子生成分子。在极低温度下,原子和分子会减速到可能的最低能量状态,研究人员因此可最精确地操纵分子的相互作用。但即便如此,他们也只能看到反应的开始:两个分子进入,随后发生的一切对他们来说就是一个“反应黑洞”。

因为化学反应发生在飞秒(10-15秒)内,即使当今最先进的技术,也无法捕捉到如此短暂的景象。在过去20年间,科学家使用超快激光来拍摄反应发生时的情景,仍然无法捕获全部景象。倪康坤说:“大多数时候,你只是看到反应物消失,随后产物出现,但中间发生了什么,我们一无所知。”

现在,倪康坤团队设计的超冷温度使他们首次看到了反应过程中发生的情况。当他们让两个铷钾发生反应时,超冷温度迫使分子在中间阶段停留了几微秒(10-6秒),这一时间比平时长了数百万倍,足以让他们研究键的断裂和形成——也就是一个分子如何变成另一个分子的过程。

倪康坤说,有了这一新方法,他们可对各种预测反应中发生情况的理论进行验证,还可以提出新理论,更精确预测其他化学反应(甚至发生在量子领域中的化学反应)内发生的情况。此外,借助新反应平台,他们可以操纵发生反应的物体,在反应之前将其激发,以查看增加能量对反应结果的影响,甚至操控反应的进行。

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