科學(xué)家首獲“量子超化學(xué)”實(shí)驗(yàn)室證據(jù)，同一量子態(tài)粒子集體發(fā)生加速反應(yīng)現(xiàn)象

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美國(guó)芝加哥大學(xué)科學(xué)家宣布，理論預(yù)測(cè)20年后，他們首次在實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)到“量子超化學(xué)”現(xiàn)象，即同一量子態(tài)的粒子集體發(fā)生加速反應(yīng)的現(xiàn)象。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·物理學(xué)》雜志。

金政(右)和張振東(左)。

圖片來(lái)源：芝加哥大學(xué)

研究負(fù)責(zé)人金政教授對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者表示：“這一新研究有望開(kāi)辟‘量子增強(qiáng)’化學(xué)反應(yīng)這一新領(lǐng)域，促進(jìn)量子化學(xué)、量子計(jì)算等發(fā)展，也有助科學(xué)家更好地研究宇宙定律?！?/p>

金政指出，他的團(tuán)隊(duì)專門(mén)研究在極低溫度下保存的粒子。在接近絕對(duì)零度時(shí)，粒子可“手牽手”，處于同一量子態(tài)，表現(xiàn)出不同尋常的能力和行為。此前，科學(xué)家提出理論稱，一組處于相同量子態(tài)的原子和分子在化學(xué)反應(yīng)中會(huì)表現(xiàn)出集體加速的行為，但科學(xué)家們此前從未觀察到這一現(xiàn)象。

在最新研究中，金政團(tuán)隊(duì)冷卻了銫原子，并將它們誘導(dǎo)到相同量子態(tài)，隨后觀察原子發(fā)生反應(yīng)形成銫分子。在普通化學(xué)反應(yīng)中，單個(gè)原子會(huì)彼此碰撞，每次碰撞都可能隨機(jī)形成一個(gè)分子。但量子力學(xué)預(yù)測(cè)，處于相同量子態(tài)的原子會(huì)集體行動(dòng)，如此一來(lái)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)后果：一是反應(yīng)發(fā)生得更快，事實(shí)上，原子越多，反應(yīng)就越快;二是最終得到的分子會(huì)共享特定的量子態(tài)。

金政團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到了處于同一量子態(tài)的粒子集體發(fā)生加速反應(yīng)的現(xiàn)象。他解釋道：“處于不同狀態(tài)的相同分子可能擁有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，有時(shí)科學(xué)家們需要在特定狀態(tài)下制備一批分子，利用傳統(tǒng)化學(xué)方法很難做到這一點(diǎn)，但他們的最新技術(shù)，可以將分子快速引導(dǎo)到相同的狀態(tài)。”

最新實(shí)驗(yàn)使用簡(jiǎn)單的雙原子分子進(jìn)行，包括張振東博士等在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用最新方法，處理更大、更復(fù)雜的分子。他們?cè)O(shè)想在量子計(jì)算機(jī)或量子信息處理中使用此類分子作為量子比特。也有科學(xué)家正在探索利用這一現(xiàn)象更精確測(cè)量一些基本定律和相互作用，如宇宙學(xué)基本定律對(duì)稱性破缺等。

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