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最冷化學反應讓分子形成時刻首次“曝光”

時間:2019-12-04 09:54:21 來源:科技日報

  美國科學家在最新一期《科學》雜志發表論文稱,在比星際空間冷數百萬倍的溫度下,他們讓兩個超冷分子發生了迄今宇宙間最冷的化學反應,形成了分子偶聯史上最冷的鍵。他們表示,科學家可利用這種超冷化學,了解化學反應期間究竟發生了什么事情。


  據美國《每日科學》網站近日報道,哈佛大學的倪康坤稱,在500納開爾文(比絕對零度僅高百萬分之幾攝氏度)下,分子的運動速度降至極低,他們看到了以前從未有人見過的情景:兩個分子相遇形成兩個新分子的時刻。


  在以前的研究中,倪康坤團隊使用超低溫讓原本不可能發生反應的原子生成分子。在極低溫度下,原子和分子會減速到可能的最低能量狀態,研究人員因此可最精確地操縱分子的相互作用。但即便如此,他們也只能看到反應的開始:兩個分子進入,隨后發生的一切對他們來說就是一個“反應黑洞”。


  因為化學反應發生在飛秒(10-15秒)內,即使當今最先進的技術,也無法捕捉到如此短暫的景象。在過去20年間,科學家使用超快激光來拍攝反應發生時的情景,仍然無法捕獲全部景象。倪康坤說:“大多數時候,你只是看到反應物消失,隨后產物出現,但中間發生了什么,我們一無所知。”


  現在,倪康坤團隊設計的超冷溫度使他們首次看到了反應過程中發生的情況。當他們讓兩個銣鉀發生反應時,超冷溫度迫使分子在中間階段停留了幾微秒(10-6秒),這一時間比平時長了數百萬倍,足以讓他們研究鍵的斷裂和形成——也就是一個分子如何變成另一個分子的過程。


  倪康坤說,有了這一新方法,他們可對各種預測反應中發生情況的理論進行驗證,還可以提出新理論,更精確預測其他化學反應(甚至發生在量子領域中的化學反應)內發生的情況。此外,借助新反應平臺,他們可以操縱發生反應的物體,在反應之前將其激發,以查看增加能量對反應結果的影響,甚至操控反應的進行。


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