科学家在实验室中观察到“量子超化学”的第一个证据

奇怪的事情发生在量子水平上。整个粒子云可能会纠缠在一起，当他们作为一个整体行事时，他们的个性就会消失。

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，而不是在偶然碰撞后随意形成新分子。

“我们看到的与理论预测一致，”说芝加哥大学物理学家、该研究的资深作者Cheng Chin。“这已经是20年的科学目标，所以这是一个非常令人兴奋的时代。

所有粒子、原子和分子都以热能嗡嗡作响，在其原子结构的范围内振动或与物质中的其他分子一起推挤。将颗粒冷却到超冷温度会使它们进入不那么混乱的状态;将它们固定在光学陷阱中也限制了他们的运动。

几十年前，科学家表明，随着温度降至接近绝对零度，颗粒甚至开始啮合成砾岩，具有共享量子标识;他们的个人属性被开始占主导地位的奇怪的集体行为所冲刷。

不过，分子比原子更难驯服。但到了2019年，科学家们已经找到了办法自争吵他们也进入共享量子态。

从那里，科学家预测，如果分子凝聚或一起当被引诱进入相同的量子态时，量子景观中可能会有一种全新的化学反应。

在某些情况下，这种共享的量子态，称为量子简并，被认为抑制化学反应在一定速率远为大比低温通常减缓化学反应。

研究人员还认为，如果这些分子“耦合”在一起并作为一个整体反应，共享量子态的分子可能会产生加速的化学反应。但是，与任何探索量子领域的实验，这种理论化的行为一直很难观察到。

“到目前为止，对这些多体现象（也称为'超化学'）的观察一直难以捉摸，”Chin及其同事。在他们发表的论文中写道.

在他们的尝试中，Chin及其同事持有一种超冷气体铯光学陷阱中的原子，将它们以共享的量子态结合。然后研究人员诱导化学反应，通过打开磁场将它们转化为分子，并分析反应动力学。

他们的结果表明，简并量子气体与普通气体中的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 - 粒子已经进入量子简并状态，反应发生的速度比普通条件下更快。

“临界温度Tc附近分子形成速率的急剧转变表明经典和量子简并状态中的不同定律，”Chin及其同事写.

磁场关闭后，剩余的原子和分子也以相干耦合振荡几毫秒。进一步的实验揭示了潜在的反应机理，研究人员对此进行了研究。描述作为“量子增强”化学过程的证据。

然而，这些实验涉及简单的双原子分子的创造，因此在确定我们所看到的之前，该团队的发现需要重复。更大、更复杂的分子的实验也在进行中。

“在量子简并态中观察相干和集体化学反应为探索多体物理学和超冷化学之间的相互作用铺平了道路，”研究人员说。结束.

该研究已发表在自然物理学.

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