第一次在化学反应中看见这一著名量子效应

发布时间：2023-03-10 09:07:00 所属栏目：外闻来源：

导读：1927年，德国物理学家弗里德里希·洪德（Friedrich Hund）在研究原子是如何结合形成分子时，发现了量子世界中的一个极为神秘的现象：在某些特定条件下，原子、电子或自然界中的其他粒子，可以“穿越&rdqu

1927年，德国物理学家弗里德里希·洪德（Friedrich Hund）在研究原子是如何结合形成分子时，发现了量子世界中的一个极为神秘的现象：在某些特定条件下，原子、电子或自然界中的其他粒子，可以“穿越”本该不可逾越的障碍，就好比是幽灵穿“墙”而过。

这些颗粒穿越的实际障碍并不是物理上的障碍,而是能够限制颗粒前进的势垒。例如一个被捕获的电子可以在不受外界影响的情况下逃脱束缚，就像一个高尔夫球从球场的一个洞中突然消失，再无缘无故地出现在另一个洞中。

用量子力学来精确描述三个粒子的化学反应，是一件极具挑战的事情；而想用量子力学来描述四个或四个以上的粒子的化学反应，难度更是难以想象。因此，科学家在理解和描述这些反应时，通常只考虑经典物理学，而忽略掉其中的量子效应。

但是，这种忽略显然不适用于那些量子效应占主导地位的反应，比如隧穿反应。简单来说，在隧穿反应中，由于粒子具有波动属性，它们可以在不具备足够动能的情况下依然突破能量势垒，从而与其他粒子发生反应。

虽然，研究人员可以通过进行一些简化和假设，来对这些反应进行量子计算。但产生的近似结果的有效性，需要通过实验测量来检验。然而，由于化学中的隧穿效应是很难预测且难以发生的，它们的反应速率也非常缓慢，所以想要在实验上观察该效果是非常困难的。

然而，由于温度非常低，D⁻缺乏与H₂以常规方式发生反应的能量。但在非常罕见的情况下，两者碰撞时却实会发生反应。这种反应就是由隧穿效应引起的。2018年，理论物理学家计算出，这种由量子隧穿引起的反应，大约只在每1000亿碰撞中发生一次。

为了理解这种增长，研究人员对井中的离子轨迹进行了计算机模拟。模拟结果表明，这种增长可以用一种与加热动力学有关的机制来解释，当H的密度较小时，这种机制的效应可以忽略不计。

这样的实验结果意味着，经过15年的研究，科学家第一次证实了化学反应中的量子隧穿效应的精确理论模型。这一突破性的结果为更好地理解许多化学反应奠定了基础，并有助于为这些化学反应创建更简单的理论模型。研究人员表示，他们的发现可能会改变我们对生命起源的看法，因为这些新发现表明，生命可能来自宇宙中的其他地方。

（编辑：汽车网）

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