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。5月8日，中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所楊學明與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。
「拍照」
「因為原子分子體系本來就是一個量子體系，當原子分子體系做碰撞，包括大氣或星際裡面有各種各樣的氣相碰撞過程，尤其到了很低溫的時候，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，楊學明及世界上許多科學家都一直想要做這種極低溫時碰撞體系量子現象的研究。
原子與分子的碰撞傳能以及化學反應過程是受量子力學的規則控制的。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，是利用物理的原理和方法研究化學反應過程，或者碰撞傳能過程。通過研究這些過程中奇特的物理效應去理解化學反應過程。
「由於化學反應它速度是很快的，我們希望通過物理的方法，可以把反應的過程都給拍下來，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，相機很難有這麼快的速度把化學反應過程拍下來的。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機率以及動力學隨反應能量的變化，從而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，但是在很低溫時，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
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，在國際上引領了這樣方向的發展，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非常有趣的量子散射共振現象，並對這一現象開展了高水平的理論研究。
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。楊學明的研究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。
展望
楊學明表示，自己及團隊在這個領域裡面開展了很多類似研究，評述中介紹的氟加氫氣反應的研究是他們研究組去年發表在《自然—化學》雜誌上的一項研究工作。該領域理論計算方法的發展也十分重要，隨著計算能力提高，可實現對更複雜體系的精確模擬，比如藥物分子設計。另外，量子計算機的一個潛在重要應用就是可模擬化學反應過程，楊學明團隊的研究結果可為其做測試。
F+H2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然可以發生的機理。「文中提到的氟加氫反應的例子有一個很高的反應勢壘，在很低溫的時候應該不會發生化學反應。但是因為這一體系在勢壘後有一個很低能量的量子共振態的存在，由此誘導了量子隧穿效應，使得在趨近絕對零度下還有化學反應發生。這是一種化學反應中非常奇特的現象，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
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