禁止但并不少见

量子的世界就像是一个有趣的地方,充满了二元性、复杂和不确定性。对于化学家来说,它的一个陌生人量子隧穿现象。化学反应通常释放或消耗能源和有意义的。量子隧道效应,然而,小颗粒可以忽略能量势垒,似乎越过通常能源收费经典物理学将支付。

但是仅仅因为它是直观并不意味着它并不普遍。其实无处不在,我们应该停止讨论这个概念是黑犀牛或科幻小说。它甚至可以影响。

考虑hydroxymethylene (HCOH)。化学家们曾预测,对于碳烯,这简单的分子会相对稳定。但孤立它涉及捕获在固态氩10 k。¹即使这样仍然衰变甲醛在几分钟内,没有对经典力学的不可逾越的能量势垒,因为隧道。

量子隧道效应意味着你不会找到hydroxymethylene星际云或参与任何星际化学。但量子隧道效应也意味着有更多的星际化学是比是显而易见的。以羟基自由基之间的反应和甲醇——这是违反直觉的,但是这个反应速度在63 k比在200 k,所以很可能是发生在低温星际环境。²

生物学是众所周知的依靠氢隧道,例如巧妙地改变构象的一种酶的活性部位。大多数酶反应包括至少一个氢转移步骤,所以肯定应该是预期。但是第一个核量子隧道效应的实验证据首次报道此类反应比30年前更少。³自那以后,越来越精确的理论方法预测隧道效应现在成为化学家的一部分的例程,它越来越明显的频率隧道影响的反应。

不过,罕见的是同时拍摄一幅多个粒子隧道。我们上个月有一个故事,研究者在欧洲都是这样做的图片可能会让你大吃一惊。量子隧道效应可能继续惊喜化学家但我怀疑,我们寻找它越多,我们就越会发现它。下一个挑战将是控制它。