| 中國科學家《科學》發文: |
| 評述趨近絕對零度量子共振 |
■本報記者 崔雪芹 劉萬生
量子散射共振的研究是物理與化學學科的前沿交叉方向，從化學學科出發被稱為分子反應動力學。中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所楊學明研究團隊一直在該領域深耕並有重要貢獻，曾在《科學》《自然》等刊物發表論文300餘篇。
5月8日，楊學明和南方科技大學楊天罡應邀在《科學》發表評述文章，討論趨近絕對零度的原子與分子碰撞過程中量子散射共振研究的進展。
給化學反應過程「拍照」
「原子分子體系是一個量子體系，當原子分子體系碰撞時，大氣或星際中有各種各樣的氣相碰撞過程，尤其到了極低溫時，它的量子現象就會越來越明顯，因此在低溫下研究碰撞是了解原子分子碰撞體系量子本質的重要方法。」楊學明告訴《中國科學報》。
基於此，極低溫時碰撞體系量子現象的研究一直是分子反應動力學領域的研究熱點。
原子與分子的碰撞傳能以及化學反應過程受量子力學的規則控制。量子效應在低溫下會更加明顯，對原子與分子碰撞動力學的影響更加顯著。但由於碰撞過程時間很短，實驗觀測碰撞過程中量子共振的挑戰非常大。
量子散射共振的研究是分子反應動力學的前沿方向，它利用物理原理和方法研究化學反應過程或碰撞傳能過程。
「由於化學反應速度很快，我們希望通過物理方法，把反應過程拍下來，相當於給化學反應過程『拍照』。」楊天罡說。但是化學反應最重要的過渡態是飛秒時間量級，相機很難以這麼快的速度把化學反應過程拍下來。目前，該領域科學家通常利用高精度分子束散射的方法來研究這些體系的反應概率，通過動力學隨反應能量的變化來觀測碰撞散射共振現象。
為什麼要做接近於絕對零度的實驗研究？因為在高溫下原子與分子碰撞體系中量子效應會被平均掉，但在極低溫時，量子效應更容易保存下來，也能更容易在實驗上被探測到。低溫下研究碰撞過程可以使我們更加深入地理解原子分子碰撞過程的量子本質以及相關的氣相化學體系，如大氣過程、星際化學等。
緣起與展望
楊學明團隊在過去很長一段時間內一直在從事基元化學反應體系中共振現象的研究，並取得一系列的重要研究成果，在國際上引領了這一方向的發展，對這一領域的發展趨勢也有比較全面的了解。
這是楊學明和楊天罡受邀評述荷蘭科學家在極低溫下碰撞傳能中量子共振現象成果的緣由。這項工作研究了一氧化氮加氦碰撞過程中的傳能動力學，發現了這一體系中在趨近絕對零度時的量子散射共振現象，並對這一現象開展了理論研究。
楊學明表示，這對深刻理解原子分子碰撞傳能過程中量子現象的研究具有重要意義。實際上共振現象在很多化學反應裡面也存在。楊學明團隊對很多不同基元反應體系中的共振現象開展過深入系統的研究工作。
據楊學明介紹，評述中介紹的氟加氫氣反應的研究是團隊去年發表於《自然化學》雜誌的一項研究工作。氟加氫氣反應在星際化學中有重要意義，這一工作給出了一個經典模型無法解釋的低溫下反應仍可發生的機理。「文中提到的氟加氫反應有很高的反應勢壘，在極低溫時應該不會發生化學反應。但是因為這一體系在勢壘後存在一個能量很低的量子共振態，由此誘導了量子隧穿效應，使得這一反應在趨近絕對零度下還有化學反應發生。這是化學反應中一種非常奇特的現象，對於理解低溫下的化學過程有非常重要的意義。」 楊學明說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abb8020
《中國科學報》 (2020-05-12 第1版 要聞)