绝对零附近的原子和分子碰撞中的量子共振

近日，来自中国科学院大连化学物理研究所和南部科技大学杨天港教授的杨雪教授讨论了近绝对零近期原子和分子碰撞研究的显着进展温度。他们的文章于2020年5月8日在科学中公布。

量子力学规则控制所有原子和分子碰撞过程。了解原子和分子碰撞的量子性质对于了解能量转移和化学反应过程至关重要，特别是在低碰撞能源区，其中量子效应是最突出的。

原子和分子碰撞中量子性质的显着特征是量子散射共振，但是通过这些共振的瞬态性质，实验探测它们是一个很大的挑战。

本文介绍了一项从尼司大学的研究小组在同一研究组出版的量子共振研究。通过使用NO（J = 1/2F）和低温氦束与高分辨率速度映射成像技术相结合的STARK减速分子束，De Jongh和同事在温度范围内观察到NO + HE的梭形碰撞中的共振0.3至12.3 k。

该示意图在后屏障区域中显示了准束缚量子共振状态，其负责在绝对零附近的温度下的F + H 2至HF + H反应中的增强的反应性。

精确的量子动态计算与实验结果非常好。特别有趣的是，只能在CCSDT（Q）水平上使用新的无HE潜在能量表面（PE）准确地描述谐振，展示为该基准内部碰撞系统开发的共振图像的极高精度。

除了非弹性散射过程之外，还讨论了低碰撞能量方案中的化学反应碰撞中的共振。制品中讨论的反应共振的重要基准系统是F + H 2至HF + H反应，其是间隙云（ISC）中HF形成的主要来源。

已知F + H 2反应具有显着的反应屏障（629cm-1），因此在绝对零附近的温度下，其反应性应忽略不计。通过在寒冷温度下通过该反应理解HF形成机制很重要，这有助于确定空间中的氢柱密度。

通过改进的分子交叉光束装置，在分子反应动力学的状态重点实验室，FIC反应和H2已经低至14k（9.8cm-1），DICP。已经发现了〜40cm-1的碰撞能量下的清晰共振峰，该峰值被认为是从精确的PES的详细动态分析中提高了绝对零温度附近的增强的反应性。由于共振增强量子隧道，该反应应在低于1k的温度下具有异常高的反应性。

进一步的理论分析表明，如果从反应性中除去共振增强隧穿的贡献，则低于10k的F + H 2的反应速率常数将减少超过三个数量级。

在本文中，作者指出，实验与理论之间的强烈相互作用在瞬态碰撞共振的研究中至关重要。原子和分子碰撞中的动态研究对于了解能量转移和化学反应过程尤为重要，这可能对复杂的系统产生广泛影响，例如陆地和行星大气，星际云，气相激光，半导体加工，等离子体和燃烧过程。

参考：Tiangang Yang and Xueming Yang的“量子谐振附近绝对零附近”，5月20日，Science.doi：
10.1126 / science.abb8020