@ 2019.12.06 , 10:00

哈佛化学家实现了宇宙中最cool的反应

哈佛大学的物理化学家利用激光技术,完成了一项高精度的成就:他们迫使两个超低温分子相互接触,并在宇宙中最寒冷的环境下发生了化学反应。这一壮举有望揭示出物质构造单元在超低温下反应的机理。

到底有多寒冷?500纳开尔文——仅比绝对零高几百分之一度。这一严苛设置十分重要,因为在此温度下,分子的运动几乎停止。

哈佛大学的物理学家Ming-Guang Hu说:“可能在未来几年内,也不会有第二家实验室能够完成这一实验。”

化学反应仅需一皮秒,要想追踪和记录反应过程,就变得非常棘手。即使是相当于相机的超快激光器通常也只能捕获到反应开始和结束时的表征,而无法记录中间的过程。

因此,哈佛团队在极低温度下发生的超慢速反应实验,就成了完美的解决方案。

“由于(分子)太冷,现在我们又遇到了瓶颈效应。”同样来自哈佛大学的化学生物学家Kang-Kuen Ni说。

宇宙中的最低温度是绝对零度,但无法实现,因为那意味着原子将静止不动。但是,我们可以无限接近它。

超低温度意味着超低能量级,这反过来又意味着缓慢的反应速率:科学家看中了钾铷分子良好的柔韧性,而两个超冷分子进行反应,过程延续了好几微秒——数量级是皮秒的百万倍。

然后使用光电离检测技术来观察反应过程,为科学家提供了宝贵的真实数据,用以检验和修正模型和假说。

在如此距离和基本的水平上直接观察化学过程,也为设计新反应提供了可能性——几乎无限的前景,涵盖从材料构造到量子计算的所有方面。

这是Kang-Kuen Ni多年来专注的领域——在难以置信的极小尺度下,观察和控制化学分子的相互反应。

现在,研究团队正在分析影响或控制化学反应的方式,包括修改反应发生前的能量,甚至在进行过程中微调分子。

Hu说:“凭借我们的可控性,这一时间窗口已经足够长,我们有了探索和操作的空间。现在,我们可以考虑[影响因子]。”

该研究发表在《科学》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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