“量子superchemistry”的一大步

美国研究人员已经观察到一种现象被称为“量子superchemistry”的超冷原子发生化学反应速度比平常。从理论上预测效果比20年前,但这是第一次出现的现象。

的主要原因之一,superchemistry——众多原子集体行动——已被证明难以观察需要冷却实验接近绝对零度,芝加哥大学的物理学家说程的下巴。

目前我们需要的温度大约10 nk,”他说。但我们的理解是,如果我们有更多的粒子,然后这个条件可以放松。”

下巴和他的同事过冷的铯原子气体,直到他们结合形成玻色-爱因斯坦凝聚态,或BEC原子集体充当如果他们有一个量子态。然后研究人员应用磁场BEC,刺激铯原子的化学反应形成铯分子伴侣。

在经典化学、铯原子气体将反弹,直到两个彼此相撞,有机会,他们就会形成一个铯分子Cs的公式₂。所有这些反应在规模最大的天然气将在一段时间内,一些早期原子碰撞,形成分子和一些这样做之后,根据原子的浓度。

但在最近的实验中,超冷铯原子BEC内形成了铯分子,速度明显比经典条件下发生反应。¹例如,在一个实验与几千个原子,反应速率的增加3到5的顺序,下巴说。和研究表明,在BEC原子越多,反应越快。

“你不再把化学反应作为独立的粒子之间的碰撞,但作为一个集体的过程,”他告诉《芝加哥大学网站。“他们都反应在一起,作为一个整体。

bec的现象与另一个观察效果,化学反应的费密子原子之间的压抑在这种状态。²组成粒子的总数的费密子原子总是奇数,粒子的总数在铯原子和其他“玻色子”是一个偶数,物理学家解释说彼得•克鲁格苏塞克斯大学的他并没有参与这项研究。这里,玻色子,你得到一个增强的热力学,”他说。这是非常有趣的从一个基本的观点——一个新类的现象。

物理学家沃尔夫冈Ketterle从麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology),他也没有参与该项目指出它可能不是第一次观察到的量子superchemistry,引用一篇论文从2000年报告的证据。³

但新论文,远远超出了先前的研究不同,“Ketterle补充道,他分享了2001年诺贝尔物理学奖在bec的开创性工作。

芝加哥的另一个团队的观察是,个人的铯原子可以启动产生的铯分子都具有相同的分子状态,与特定的物理和化学性质。下巴说,他的团队有更多这方面的工作要做——但是这种分子状态是随机在经典化学,似乎他们在量子superchemistry可以选择。

这就是为什么我非常喜欢这个工作,“下巴说。我们不仅可以看到更快的反应,而且产品形成一个特定的分子状态。未来的研究将集中在这些分子状态,和物质的范围扩大到更复杂的分子,他补充道。

而量子superchemistry或许有一天会应用在量子计算等领域,下巴指出,这类实验的设置太复杂的实际应用。目前这是在基础研究层面上,”他说。