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5月8日，南方科技大學(xué)理學(xué)院院長、化學(xué)系講席教授、中國科學(xué)院院士楊學(xué)明和化學(xué)系助理教授楊天罡應(yīng)邀在《科學(xué)》雜志（Science）發(fā)表評述文章“Quantum resonances near absolute zero”，討論趨近絕對零度的原子與分子碰撞過程中量子散射共振研究的進(jìn)展。楊天罡為文章第一作者，楊學(xué)明為文章通訊作者，南科大為第一通訊單位。

原子與分子的碰撞傳能以及化學(xué)反應(yīng)過程受量子力學(xué)的規(guī)則控制。理解量子效應(yīng)在原子與分子碰撞中的作用是理解能量傳遞以及化學(xué)反應(yīng)過程的根本。而量子效應(yīng)在低溫下能夠更好保存，因此低溫條件對碰撞結(jié)果的影響會(huì)更加顯著。量子散射共振給實(shí)驗(yàn)提供了一種觀測碰撞過程中量子效應(yīng)的方法，但由于其壽命很短，實(shí)驗(yàn)觀測的挑戰(zhàn)巨大。

評述文章詳細(xì)介紹了同期《科學(xué)》雜志發(fā)表的關(guān)于極低溫量子散射共振的研究工作。通過利用斯塔克減速技術(shù)產(chǎn)生的NO(j=1/2f) 束源和冷He束源結(jié)合高分辨的速度成像技術(shù)，荷蘭科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了碰撞能0.3 ~ 12.3 K下NO+He體系的高分辨非彈性散射動(dòng)力學(xué)研究，并觀測到了多個(gè)共振現(xiàn)象。更有意思的是，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能用CCSDT(Q)下發(fā)展的一個(gè)最新的精確勢能面上的計(jì)算來描述，也表明了在此非彈性散射系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)中觀測到的量子散射共振圖像可以精確測試量子計(jì)算結(jié)果，幫助理解量子效應(yīng)在原子分子碰撞能量傳遞中的作用。

評述文章還介紹了一個(gè)趨近絕對零度量子散射共振在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用的例子。F+H2→HF+H 反應(yīng)是星際化學(xué)中產(chǎn)生HF分子的重要過程。但是F+H2反應(yīng)具有1.8 kcal/mol高度的勢壘（629 cm-1），經(jīng)典模型下在接近絕對零度時(shí)這個(gè)反應(yīng)幾率是完全可以忽略的。2019年，大連化物所研究團(tuán)隊(duì)通過利用H原子里德堡態(tài)標(biāo)示時(shí)間飛渡譜技術(shù)，觀測到了反應(yīng)溫度低至14 K（9.8 cm-1）時(shí)此反應(yīng)仍然發(fā)生的證據(jù)，同時(shí)觀測到了約 40 cm-1碰撞能的一個(gè)反應(yīng)共振峰。進(jìn)一步理論分析表明，F(xiàn)+H2在低溫時(shí)的反應(yīng)性，是通過反應(yīng)共振態(tài)所增強(qiáng)的隧穿效應(yīng)而產(chǎn)生的，而不是通常簡單的隧穿效應(yīng)，這也是在接近絕對零度下此反應(yīng)仍然可以發(fā)生的原因。如果將共振態(tài)所導(dǎo)致的共振增強(qiáng)效應(yīng)移除，F(xiàn)+H2（v=0，j=0）在10K溫度以下的反應(yīng)速率常數(shù)，會(huì)降低三個(gè)數(shù)量級以上。

圖1.  F+H2→HF+H反應(yīng)過程中超冷化學(xué)反應(yīng)共振的物理圖像

文章最后指出，趨近絕對零度量子共振的研究進(jìn)展得益于新的分子束方法以及新的探測技術(shù)的發(fā)展，精確的理論和實(shí)驗(yàn)之間的互動(dòng)推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展。量子散射共振研究有助于更加深刻理解氣相碰撞中的傳能以及反應(yīng)過程，對于理解復(fù)雜體系如星際化學(xué)，大氣以及燃燒等過程也具有重要意義。

楊學(xué)明主要從事氣相及表面化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)表300余篇論文，其中Science 12篇，Nature 1篇，研究成果兩次入選中國十大科技進(jìn)展新聞。現(xiàn)任國家自然科學(xué)基金委化學(xué)部主任，中國化學(xué)會(huì)第三十屆理事會(huì)副理事長，美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)Science Advances副主編、美國化學(xué)會(huì)Journal of Physical Chemistry A/B/C高級編輯、Chinese Journal of Chemical Physics主編，以及Chemical Society Reviews等雜志的編委。

楊天罡研究方向?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)的微觀機(jī)理、冷分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、量子調(diào)控與精密測量。從事研究工作以來，緊密圍繞反應(yīng)共振態(tài)在化學(xué)反應(yīng)中的作用、量子隧穿效應(yīng)在低溫星際化學(xué)中的應(yīng)用以及低溫離子分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)開展系列工作，相關(guān)成果多次在Science、Nat. Chem.、J. Phys. Chem. Lett. 等國際權(quán)威期刊上發(fā)表。

原文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/368/6491/582

楊學(xué)明個(gè)人主頁：http://faculty.sustech.edu.cn/yangxm/

楊天罡個(gè)人主頁：http://faculty.sustech.edu.cn/yangtg/

參考文獻(xiàn)：

https://science.sciencemag.org/content/368/6491/626

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0280-3