科学家在实验室观测到“量子超化学”的第一个证据
发布时间：2023-08-09 12:49:25 所属栏目：外闻 来源：
导读：在微观领域中，一些离奇的现象出现了。那些带有电子的云团会结为一体，而一旦组合成一个群体的时候，这些电子便失去了原有的独特性。
现在，科学家们首次观察到，超冷原子冷却到量子态，作为一个集体进行化学反应
现在，科学家们首次观察到，超冷原子冷却到量子态，作为一个集体进行化学反应
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在微观领域中，一些离奇的现象出现了。那些带有电子的云团会结为一体，而一旦组合成一个群体的时候，这些电子便失去了原有的独特性。 现在，科学家们首次观察到，超冷原子冷却到量子态，作为一个集体进行化学反应，而不是在偶然相撞后随意形成新的分子。 芝加哥大学的物理学家、该研究的资深作者陈诚（音译）说：“我们所看到的与理论预测一致。这是20年来的科学目标，所以，这是一个非常激动人心的时代。” 所有的粒子、原子和分子都因热能而嗡嗡作响，在其原子结构的范围内振动，或与物质中的其他分子相互碰撞。将粒子冷却到超冷的温度，可以使它们进入一种不那么混乱的状态；将它们固定在一个光学陷阱中，也限制了它们的运动。 几十年前，科学家们表明，当温度降至接近绝对零度时，粒子甚至开始相互融合，形成具有共享量子同一性的聚合体；它们的个体属性被奇怪的集体行为冲垮了，这些集体行为开始占据主导地位。 然而，分子比原子更难驯服。但到了2019年，科学家们找到了一种方法，让它们也进入共享量子态。 从那时起，科学家们预测，如果分子在被引诱到同一量子态时粘附在一起，那么量子景观中可能会有一种全新的化学。 在某些情况下，这种被称为“量子简并”的共享量子态，被认为抑制化学反应的速度远远超过低温，通常会减缓化学反应的速度。 研究人员还认为，如果共享一个量子态的分子“耦合”在一起，并作为一个整体进行反应，那么这些分子可能会产生加速的化学反应。然而，就像任何探索量子领域的实验一样，这种理论化的行为很难观察到。 资深作者陈诚和他的同事在他们发表的论文中写道：“到目前为止，对这些多体现象的观察，也被称为‘超化学’，一直是难以捉摸的。” 在他们的第一次尝试中，俄罗斯研究人员将携带有铯原子的超冷气体放在一个光学陷阱中，将它们捆绑在构造的一个共享的量子位量子态中。然后，研究人员通过打开磁场诱导化学反应，将它们转化为分子，并分析了反应动力学。 他们的研究结果表明，在简并量子气体和正常气体中，化学反应确实遵循不同的规则。 在临界温度以下，研究小组观察到粒子碰撞急剧下降。与此同时，他们测量了当原子在化学反应中消失时，分子的快速形成 —— 粒子进入了量子简并区域，反应发生得比正常情况下更快。 研究人员表示：“分子形成速率在临界温度Tc附近的急剧转变表明，在经典和量子简并区域中存在不同的规律。” 磁场关闭后，剩余的原子和分子也以相干耦合的方式振荡了几毫秒。进一步的实验揭示了潜在的反应机制，研究人员将其描述为“量子增强”化学过程的证据。 然而，这些实验涉及到简单的双原子分子的创造，所以团队的发现需要重复，才能确定我们看到的是什么。用更大、更复杂的分子进行实验也是可能的。 研究人员总结道：“对量子简并区域中相干和集体化学反应的观察，为探索多体物理和超冷化学之间的相互作用铺平了道路。”这些反应可能导致一种新的量子材料的出现。他们发现，在这些区域中存在一种叫做量子纠缠的现象，它们能够产生量子效应。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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