超冷分子之间的反应揭示了量子统计的局限性

美国和中国的研究人员公布了结果在超冷铷钾二聚体,显示第一次量子效应导致偏离量子统计模型,如何规范化的物理化学理论之一。

化学反应本质上是一套电子轨道的高度复杂的量子转换到另一个,但所需的方程模型反应在此基础上通常超出了我们可以解决。化学家们因此依靠多个近似确定反应的路径。

当原子或分子反应,产品可以生产各种各样的平移,旋转,振动和充满活力的量子态。哪个州产生的能量取决于反应物的状态影响瞬态中间复合物形成的一小部分。这些中间复合物可以有数百种不同的量子态,导致许多同样的产品状态。一个流行的假设在反应动力学是每个中间量子态是等可能的。因此,中间量子态越多导致特定的产品状态,越有可能成为产品状态。

在最新的研究中,Kang-Kuen倪来自哈佛大学和他的同事们冷却potassium-rubidium二聚体(KRb)量子基态——接近绝对零度——在一个光学陷阱。当两个KRb二聚体碰撞,他们可以反应形成单独的钾(K₂)和铷(Rb₂)分子。这个反应是放热的,允许它发生自发即使在500 nk。研究人员绘制产品的统计分布的57可能的量子态,相关产品从相同的反应,并观察结果偏离统计预测。

研究人员发现,一个国家的产品有很高的角动量强烈抑制。他们认为这是因为如此多的能量进入产品的旋转,没有足够的剩余平动动能的分子逃脱他们的势阱和解体。因此,反应可能永远不会完成。除了这个极端的例子,产品状态的二聚体高,非常相似——角动量与统计模型相比。然而,原因仍然不确定团队无法完成一个完整的量子模拟预测结果。

这是他们的名单上的下一个。研究人员正在计划研究更简单的系统中,原子与分子反应。”在这种情况下,精确的计算更加容易处理,”倪说到。如果我们能实现相同级别的详细的系统理论是驯良的,我们可以看到如果实验和理论匹配。”

超冷的化学家马修·弗莱英国杜伦大学的认为工作是一个重要的步骤。实验Kang-Kuen建造了很美好,并同时检测两个产品非常引人注目,”他说。这是允许我们一层层剥开洋葱多化学反应,消除层平均:现在真的是一个国与国之间的事。”

你的普通实验室化学家,大多数事情在固体或液体阶段,可能不会遇到它,”弗莱说。但在大气化学和化学空间,这些理论可能是非常重要的。