近半个世纪前的预言终被验证,量子物理和超冷分子发生“化学反应”

来源: 墨子沙龙

发布日期: 2017-07-27 16:30:00

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事在超冷分子和超冷化学量子模拟研究领域取得了重要进展,验证了近半个世纪前的预言,实现了量子物理和超冷分子之间的“化学反应”。

近半个世纪前的预言终被验证,量子物理和超冷分子发生了“化学反应”。中国科学技术大学潘建伟教授及其同事赵博、陈宇翱等在超冷分子和超冷化学量子模拟研究领域取得了重要进展。这个实验从字面上理解,其实很“简单”。科学家们拿两个超简单的物质,让他们发生了化学反应,然后测量了这两种物质在化学反应的过程中都干了啥。这两种物质有多简单呢?

一个是弱束缚分子AB——它由两个彼此的束缚力很弱的原子A和B组成,一个是自由原子C,因为命运的轮盘转动,他们相遇了,因为羁绊太浅,A和B不得已分开,A和C重组“家庭”,成为了新分子AC,B则落寞地恢复了“自由身”。

科学家们宣称,这个实验的实现使得向基于超冷分子的超冷量子化学的研究迈进了重要一步。对超冷原子和分子的研究正是量子计算与模拟的一种实验手段。20世纪,人们在研究电子运动的时候,发现如果想要计算300个电子运动所需要的数据量,已超过了整个已知宇宙的原子数总和!因此,费曼提出“以量制量”,用人工可控的量子比特,来计算一个真实的、复杂的量子系统的演化。这就是量子计算与模拟的起源。

超冷分子实验室设计并搭建的这套装置,则是通过对超冷分子的研究,了解量子力学是如何“影响”化学反应的。在宏观世界,我们使用的是牛顿三定律和其它宏观的物理、化学规律,但是到了微观世界,就是量子力学说了算了,大家都得遵守量子“规律”,化学反应也是如此。在超低温下,原子和分子由德布罗意波来描述,量子力学会显著影响化学反应的行为。

超冷分子实验室是第一次在超冷化学反应中观测到态态的化学反应,将化学反应动力学的实验研究推进到量子水平。他们首创的超冷原子+超冷分子的混合系统上做出的工作,第一次测量了超低温下态态的反应速率常数,将化学反应动力学的实验研究带到了量子水平。

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