最近，中國科學院大連化學物理研究所的楊學明院士和南方科技大學的楊天罡教授，在接近絕對零度時原子和分子碰撞中的量子共振研究方面，取得了重要成果，他們的研究發表在今天的《科學》雜誌上。
在接近絕對零度時，原子和分子及其碰撞會表現出奇異的物質狀態。量子力學的規則支配著所有原子和分子的碰撞過程。了解原子和分子碰撞的量子性質，對於理解能量轉移和化學反應過程至關重要，尤其是在低碰撞能量區域，其中量子效應最為突出。
原子和分子碰撞中量子性質的一個顯著特徵是量子散射共振，但是由於這些共振的瞬態性質，在實驗上進行探測一直是一個巨大的挑戰。
本文介紹了由奈梅亨大學（University of Nijmegen）的一個研究小組在同一期《科學》雜誌上發表的量子共振研究。通過使用一種稱為斯塔克減速分子束（Stark decelerated molecular beam）的NO（j = 1 / 2f）分子束和低溫氦氣束與高解析度速度圖成像技術相結合，奈梅亨大學研究小組觀察到在溫度範圍為0.3至12.3的絕對溫度範圍下NO+He非彈性碰撞中的共振。
精確的量子動力學計算與實驗結果非常吻合。有趣的是，在CCSDT（Q）級的NO-He新勢能面（PES）準確地描述共振，這證明了為該基準非彈性碰撞系統開發的共振圖像具有極高的準確性。
除了非彈性散射過程外，論文還探索了在低碰撞能量狀態下化學反應性碰撞中的共振。該論文探索的一個重要的反應共振基準系統是F+H2至HF+H反應，這是星際雲（英語：interstellar clouds，簡稱：ISC）中HF形成的主要來源。
如下圖所示，後勢壘區的準束縛量子共振態，這是在溫度接近絕對零時，F+H2對HF+H反應的反應性增強的原因。
已經知道F+H2反應具有顯著的反應屏障（629/cm），因此在接近絕對零度下其反應性應可忽略不計。了解在低溫下通過該反應形成的HF的機理很重要，這可以幫助確定空間中的氫柱密度。
使用改進的分子交叉電子束設備，中國科學院大連化學物理研究所分子反應動力學國家重點實驗室已研究了F反應和H2低至14 K（9.8 /cm）。在40/cm的碰撞能量處發現了一個清晰的共振峰，這是通過精確的PES上的詳細動力學分析發現，它在絕對零溫度附近具有增強的反應性。由於共振增強了量子隧穿，該反應在低於1K的絕對溫度下應具有異常高的反應活性。
進一步的理論分析表明，如果從反應性中除去共振增強隧穿的貢獻，則低於10K的F+H2的反應速率常數將降低超過三個數量級。
論文作者指出，實驗與理論之間的強相互作用對於瞬態碰撞共振的研究至關重要。原子和分子碰撞的動力學研究對於理解，可能對複雜系統，如地球和行星大氣、星際雲、氣相雷射、半導體加工、等離子體和燃燒過程具有重要意義。