【我國科學(xué)家首次觀測到超低溫下原子分子間的碰撞共振】
近日 ， 中國科技大學(xué)潘建偉教授和趙博教授帶領(lǐng)的團隊首次成功觀測到超低溫下原子與分子三體系統(tǒng)之間的碰撞共振 ， 揭示了此前只見于理論探討的原子—分子相互作用的量子本質(zhì) ， 解決了超冷量子化學(xué)研究領(lǐng)域10余年來懸而未決的一個難題 ， 相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》 。
宇宙中的所有原子、分子都在不停運動 ， 它們?nèi)绾芜\動、如何碰撞 ， 是物理學(xué)界一直想要理解的重要規(guī)律 。 “通過慢速拍攝技術(shù) ， 我們可以看到子彈如何穿過西瓜、玻璃等 。 如果我們能夠制作這樣一部‘3D電影’ ， 展示在不同的場景中 ， 原子和分子相遇、碰撞的各種細(xì)節(jié) ， 科學(xué)家就可以從量子層面理解化學(xué)反應(yīng)的微觀規(guī)律 ， 有望借此了解原子和分子的終極運動規(guī)律 。 ”潘建偉說 ， 將拍攝“樣片”與理論計算相結(jié)合 ， 就可以建立模型 ， 反推出分子和原子的相互作用 ， “如果對所有‘角色’完成建模 ， 就可以利用量子力學(xué)模擬出原子、分子世界真實的運轉(zhuǎn)情況 。 ”
超低溫狀態(tài)下的雙原子分子已經(jīng)被世界上多個實驗室制備出來 ， 但多原子分子體系復(fù)雜程度大大增加 ， 而且理論無法計算 ， 10余年來觀測超冷分子的碰撞共振一直是該研究領(lǐng)域在實驗上的重大挑戰(zhàn) 。 趙博介紹 ， 分子這種體積大、質(zhì)量重的粒子 ， 只有在極低溫度情況下才會表現(xiàn)出顯著的量子行為 。 在這種條件下 ， 分子的移動速度非常慢 ， 科學(xué)家們就可以通過電場或者磁場鎖定研究對象 ， 有充足的時間來研究和控制它們的結(jié)構(gòu)和運動 。
潘建偉、趙博研究團隊在超冷原子混合氣中制備了溫度只有幾百納開（“開”為熱力學(xué)溫度 ， “1開”相當(dāng)于1攝氏度）的超冷分子 。 他們將鉀40原子與鈉23、鉀40分子混合 ， 并制備了基態(tài)中的不同超精細(xì)能級狀態(tài) 。 在這個鉀—鈉—鉀三體系統(tǒng)中 ， 他們利用磁場調(diào)節(jié)的精密調(diào)控尋找碰撞共振 ， 最終“拍攝”到11個共振 。
研究團隊表示 ， 下一步會測量更多共振 ， 并希望與理論學(xué)家合作 ， 找出準(zhǔn)確預(yù)測模型 ， 以理解和預(yù)測超低溫下的原子—分子碰撞 。 “這也是研究超冷分子碰撞的最終目標(biāo) 。 ”潘建偉說 。
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