磁场可以对超冷分子的反应性产生巨大影响

美国研究人员在化学量子控制方面迈出了新的一步，他们发现，调整用于碰撞的超冷分子的磁场可以改变它们发生反应或发生非弹性散射的概率，改变幅度超过100倍。¹这项工作可能会被证明对生产相同状态下的大分子集合和研究它们的性质有用。

在室温下，原子和分子的随机热运动模糊了化学的量子性质。然而，在超冷状态下，这种热运动是静止的，揭示了物质波之间的量子干涉过程中的化学相互作用。在超冷原子气体中已经看到了显著的现象，例如玻色-爱因斯坦凝聚体的产生，其中所有原子都进入了阱的量子基态，从而可以从宏观上观察它们的量子波函数。沃尔夫冈Ketterle麻省理工学院(MIT)的研究小组进行了这项新研究2001年诺贝尔物理学奖用于创建此冷凝物。

将分子冷却到阱的基态要比冷却原子复杂得多，因为它们可以在很多内部自由度中包含热能，而且只有通过你们6月美国JILA的研究人员和同事。²2020年，叶的团队对钾铷分子施加电场，使其衰变为双原子钾和铷分子。研究人员表明，在特定的场中，分子被激发到量子力学禁止的状态，并且可以足够近地发生反应。这大大减缓了衰变速率。“对于我们的系统，我们通常认为，如果两个分子靠得很近，它们发生化学反应的几率接近100%，”解释道凯尔松田他是叶的博士生，也是2020年论文的主要作者。

在新的研究中，Ketterle的团队更进一步，利用可变磁场来研究钠原子和钠锂分子之间的碰撞。这种碰撞有三种可能的结果:它们可以弹性碰撞，也可以非弹性碰撞，或者它们可以反应生成，例如锂原子和双原子钠。当所研究的粒子从陷阱中消失时，后两者都构成了损失。而电场影响粒子的距离要远得多，解释道Hyungmok儿子-这项新研究的主要作者-“磁场并没有真正影响粒子在远距离相互作用的方式-它仍然是范德华相互作用”。然而，研究人员发现磁场仍然会产生巨大的影响。

研究人员研究了两种“费什巴赫共振”，在这种共振下，[自由]碰撞粒子的波函数与原子-分子结合状态的波函数混合。当他们通过这些调节磁场时，他们发现损耗率突然飙升。孙解释说:“我们通过调整磁场直接调整量子波函数，这影响了碰撞的结果。”因此，他们能够通过直接调整量子波函数来影响碰撞的结果。有趣的是，两种费什巴赫共振的表现不同，高场共振的放大要小得多。研究人员计算出，较强的共振更有可能产生长寿命的中间体，从而引起强干扰和反应，而较弱的共振产生化学反应性更强的中间体，从而使干扰减弱。“我们定量地解释了与原子-分子费什巴赫共振相关的两种不同的损失机制，”Son补充道。

Matsuda说:“我认为这是一篇非常漂亮的论文，结果非常令人兴奋，我认为这是量子干涉对超冷反应速率重要性的一次漂亮演示。”

西蒙•康沃尔杜伦大学的教授对此表示赞同。他说:“我们一直认为分子碰撞和原子-分子碰撞将会非常复杂，难以控制，这就是为什么像Jun和其他团队这样的人投入了这么多时间来研究如何通过改变远程行为来屏蔽这些碰撞，以阻止它们进入复杂的短程物质。”“但麻省理工学院的这项工作发现了一个系统，在这个系统中，短程物质足够简单，实际上是可控的，这给了我们希望，将来会有其他类似的系统，我们将能够在一个更类似于我们在原子气体中所做的系统中使用它们。”

更新:涉及费什巴赫共振的段落已于2022年3月30日更正