在量子條件下觀察到化學(xué)反應(yīng)的進行，這是科學(xué)家們在半個世紀(jì)前就開始尋求得到的“真相”。而據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月12日（北京時間）報道，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的團隊現(xiàn)在已用實驗證實了這一點，相關(guān)研究結(jié)果已刊登在本周出版的美國《科學(xué)》雜志上。

      我們知道，當(dāng)分子破裂成原子，原子重新排列組合生成新物質(zhì)的過程，被稱為化學(xué)反應(yīng)。這其實是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成的過程，因而是否生成了新物質(zhì)成為判斷一個反應(yīng)是否為化學(xué)反應(yīng)的依據(jù)。而量子效應(yīng)，需要在超低溫等極端條件下，由大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)整體呈現(xiàn)出一種量子現(xiàn)象??據(jù)量子理論的“波粒二象性”學(xué)說，此時量子效應(yīng)使微觀的實物粒子也可以像光波水波那樣，具有干涉、衍射等波動特征。

      量子理論預(yù)測化學(xué)反應(yīng)與量子效應(yīng)二者的關(guān)系為：量子效應(yīng)的機制可以讓化學(xué)反應(yīng)偏離傳統(tǒng)方向，獲得新的反應(yīng)結(jié)果??譬如在接近絕對零度的環(huán)境中，量子效應(yīng)開始“介入”后，化學(xué)反應(yīng)進行的速率應(yīng)當(dāng)比在傳統(tǒng)化學(xué)中要高得多。

      但這個看似簡單的描述卻耗費了科學(xué)界半個世紀(jì)之久的探索。起初啟動這一實驗的科學(xué)家在試驗中利用兩束低溫超聲束對撞，以前所未有的分辨率觀察到了化學(xué)反應(yīng)的進行。但那次碰撞的相對速度實在太高??導(dǎo)致了超過100開爾文的溫度，結(jié)果“抹煞”掉許多量子效應(yīng)。其后多年來科學(xué)家試圖巧施妙術(shù)控制住溫度，但量子效應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)仍像魚與熊掌，不可兼得。

      現(xiàn)在，埃德?奈爾維修斯博士和他的小組出現(xiàn)了重大創(chuàng)新，他們總結(jié)前人之法，采用“合并”而非“對撞”兩束超聲束??在直線上產(chǎn)生第一束，再使用磁性裝置使第二束彎曲直到它平行于前者，這樣超聲束再快，粒子們相對速度也為零，終于實現(xiàn)了只比絕對零度高0.01k的溫度環(huán)境下，首次用實驗方法在量子條件下觀察到化學(xué)反應(yīng)進行：兩束超聲束其一含有氦原子激發(fā)態(tài)，另一含有氬原子或氫分子，而在隨后的化學(xué)反應(yīng)中，氬或氫分子被離子化??釋放出電子。而在經(jīng)典效應(yīng)中本該隨溫度下降逐漸放緩的反應(yīng)速度，卻在超聲束合并后突然達到了高峰和低谷，量子隧穿效應(yīng)的跡象出現(xiàn)。

      據(jù)奈爾維修斯介紹，這是實驗第一次證明，在超低溫條件下化學(xué)反應(yīng)的速率可以發(fā)生戲劇性變化；其也為反應(yīng)動力學(xué)學(xué)科提供出一個超靈敏的探測器。可以預(yù)見到的是，該實驗將解決許多難題，尤其是關(guān)乎那些在冰冷的星際空間中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

    總編輯圈點

     該結(jié)果給人們一個機會，得以深入洞察粒子作為波的形式存在的奇異量子世界；更重要的是，它可能解釋在茫茫星際空間中，那些無比寒冷地區(qū)曾經(jīng)或正在發(fā)生著怎樣的化學(xué)反應(yīng)。這是令人鼓舞的重大發(fā)現(xiàn)，然而也應(yīng)該清醒認(rèn)識到，長達半個世紀(jì)的探索和堅持獲得的只是一個在實驗室狀態(tài)下的觀測方法，這意味著我們還遠(yuǎn)沒有理解哪怕最簡單的電離反應(yīng)，下一步需徹底重新思考和建設(shè)一個更佳的理論模型。長路漫漫，希望不息，仍需探索不止。