記者劉萬生 通訊員關佳寧 1月4日，由中科院大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室楊學明院士、張東輝研究員領導的研究團隊在分子反應動力學研究工作上再獲突破性進展。近日，由該實驗室肖春雷、孫志剛、楊學明、張東輝等撰寫的論文，「Extremely short-lived reaction resonances in Cl+HD(v=1)→DCl+H due to chemical bond softening（Cl+HD→DCl+H反應中化學鍵軟化所引起的超短壽命反應共振態）」，發表於1月2日出版的《科學》雜誌上(Science 347, 60 (2015))，該研究工作極大地提高了科學家們對化學反應共振態的認識。
化學反應動力學研究的一個根本任務是認識反應過渡態是如何控制化學反應的速率和產物分布，因此直接觀察反應過渡態長期以來一直被認為是化學科學研究中的一個「聖杯」。但是由於反應過渡態壽命非常短(飛秒數量級，1飛秒等於10-15秒)，實驗上直接觀測這些短壽命化學反應過渡態是極其困難的。而反應共振態是化學反應體系在過渡態區域形成的具有一定壽命的準束縛態，它提供了一個讓實驗直接觀察化學反應在過渡態附近行為的契機，因而幾十年來尋找反應共振態一直是反應動力學研究的一個備受關注的重要課題。此外，化學反應共振態能極大地影響化學反應速率和產物量子態分布，可以幫助我們進一步提高對化學反應中動態過程的認識和理解。在更深的層次上，因為共振態是一個量子力學現象，研究反應共振態還可以幫助我們認識量子力學是如何直接影響化學反應動態過程的，這對於我們從根本上如何理解化學反應過程具有非凡的學術意義。
2006年以來，中科院大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室楊學明、張東輝領導的研究團隊在F+H2/HD(v=0)反應共振態研究中取得了一系列重要成果。他們利用自行研製的具有國際領先水平的高分辨交叉分子束裝置，理論上通過高精度勢能面的構造和精確量子動力學計算，並通過實驗與理論的高度結合，在F+H2→HF+H反應中觀察到了由反應共振態所引起的HF(v=2)前向散射現象(Science 2006)，成功解釋了諾貝爾化學獎李遠哲等人首先發現的HF(v=3)前向散射的非反應共振動力學機制(PNAS 2008)，實現了在光譜精度對F+HD→HF+D反應共振態的研究(PNAS 2008)，並通過理論預測，首次在F+HD→HF+D反應實驗上觀察到了化學反應分波共振態，即反應共振態的轉動結構(Science 2010)。在總反應機率與碰撞能關係上找到振蕩現象，並找出對應的共振態波函數。
2013年，肖春雷、楊學明等人通過自主研發窄線寬的OPO雷射，在利用Stark-induced adiabatic Raman Passage (SARP)技術高效製備振動態激發分子方面取得了重大進展, 對D2分子從(v=0, j=0)到(v=1, j=0)的激發取得了高於90%的效率。這個發展使他們掌握了利用Raman激發在分子束中高效製備振動激發態H2/HD的技術，使在交叉分子束中研究振動激發H2/HD分子的反應散射動力學成為可能。利用該實驗技術，他們首先對F+HD(v=1)反應進行高分辨交叉分子束研究，發現一定的前向散射信號，並在後向散射信號隨碰撞能的變化曲線上存在振蕩現象。為解釋實驗發現，張東輝等人利用他們提出的勢能面多級構造法構造了F+H2體系目前最為精確的勢能面。在新的勢能面上，理論與實驗取得了高度吻合。
進一步的理論分析表明，此類化學鍵「軟化」現象是由於反應過渡態附近的非諧性所導致的，而幾乎所有的化學反應的過渡態附近都存在非常大的非諧性，因而往往能在振動激發態絕熱勢能面上能造成一定的勢阱，並有可能支持共振態。上述理論與實驗緊密相結合的研究中，揭示了物理化學家們長期尋找的化學反應共振態的「新機理」——s化學鍵軟化，這項研究大大擴展了我們對化學反應共振現象的認識和理解，為今後的化學反應共振態研究指明了一個新的方向。