因斯布鲁克大学首次观察到化学反应中的量子力学隧穿效应

奥地利因斯布鲁克大学研究团队利用离子阱囚禁冷却氘,首次在实验中观察到了化学反应中的量子力学隧穿效应。该成果可作为分子理论的一个基准，推进对基本碰撞过程的理解。该成果于3月1日发表在《自然》杂志上。量子隧穿效应至关重要，尤其对于那些经典物理学中被能量禁止的过程。然而，隧穿效应又是很难预测的。由于量子动力学的高维特征，这种效应在理论上的计算非常困难，在实验中也很难被发现。目前，可以在忽略量子效应的前提下用经典理论来模拟这些反应，但这种经典描述只能提供近似值，很难确定其极限在哪里。因斯布鲁克大学离子物理和应用物理系的Roland Wester长期以来一直想探索这一前沿领域。他表示：“这个实验需要非常精确的测量，且仍可以用量子力学描述。”15年前Wester在美国的一次会议上与一位同事通过谈话产生了该实验的想法，他想在一个非常简单的反应中追踪量子力学隧穿效应。Wester的团队选择了氢，即宇宙中最简单的元素作为他们的实验对象。他们将氘­——一种氢的同位素——引入到一个离子阱中将其冷却，然后再用氢气填充该阱。由于温度非常低，带负电荷的氘离子缺乏以常规方式与氢分子反应的能量。然而，在非