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哈佛化學家實現了宇宙中最cool的反應

哈佛大學的物理化學家利用激光技術,完成了一項高精度的成就:他們迫使兩個超低溫分子相互接觸,並在宇宙中最寒冷的環境下發生了化學反應。這一壯舉有望揭示出物質構造單元在超低溫下反應的機理。

到底有多寒冷?500納開爾文——僅比絕對零高几百分之一度。這一嚴苛設置十分重要,因為在此溫度下,分子的運動幾乎停止。

哈佛大學的物理學家Ming-Guang Hu說:「可能在未來幾年內,也不會有第二家實驗室能夠完成這一實驗。」

化學反應僅需一皮秒,要想追蹤和記錄反應過程,就變得非常棘手。即使是相當於相機的超快激光器通常也只能捕獲到反應開始和結束時的表徵,而無法記錄中間的過程。

因此,哈佛團隊在極低溫度下發生的超慢速反應實驗,就成了完美的解決方案。

「由於(分子)太冷,現在我們又遇到了瓶頸效應。」同樣來自哈佛大學的化學生物學家Kang-Kuen Ni說。

宇宙中的最低溫度是絕對零度,但無法實現,因為那意味著原子將靜止不動。但是,我們可以無限接近它。

超低溫度意味著超低能量級,這反過來又意味著緩慢的反應速率:科學家看中了鉀銣分子良好的柔韌性,而兩個超冷分子進行反應,過程延續了好幾微秒——數量級是皮秒的百萬倍。

然後使用光電離檢測技術來觀察反應過程,為科學家提供了寶貴的真實數據,用以檢驗和修正模型和假說。

在如此距離和基本的水平上直接觀察化學過程,也為設計新反應提供了可能性——幾乎無限的前景,涵蓋從材料構造到量子計算的所有方面。

這是Kang-Kuen Ni多年來專註的領域——在難以置信的極小尺度下,觀察和控制化學分子的相互反應。

現在,研究團隊正在分析影響或控制化學反應的方式,包括修改反應發生前的能量,甚至在進行過程中微調分子。

Hu說:「憑藉我們的可控性,這一時間窗口已經足夠長,我們有了探索和操作的空間。現在,我們可以考慮[影響因子]。」

責任編輯: 李華   來源:科學 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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