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科学家将分子冷却到逼近绝对零度 揭示最冷的“超慢动作”化学反应

文章作者:来源:www.ecnprime.com时间:2020-01-14



来源:cnBeta.COM

据国外媒体《新地图集》报道,当达到原子级别时,事情发生的速度比我们通常看到的要快得多。这使得很难真正看到化学反应过程中发生了什么,所以哈佛大学的研究人员找到了一种减缓速度的方法。通过将分子冷却到绝对零度以上500纳米开尔文的温度,该团队能够进行历史上最冷的化学反应,捕捉到两个分子交换原子时从未见过的情况。

绝对零度是热力学理论中的温度下限,约为零下273.15℃。那时,分子基本上是静止的,根本没有运动或热量。在这项新研究中,哈佛团队将分子冷却到33,354,500纳开尔文,这仅仅是太空温度的百万分之一,低于宇宙中任何自然温度。相比之下,在最冷的星际空间,平均温度是3开尔文,即30亿纳开尔文。

然而,这并不是最冷的自然环境国际空间站上的冷原子实验室仍然保持着这一记录,那里的温度已经下降到100纳米开尔文。

在哈佛的研究中,研究人员使用了一种含有钾和铷原子的气体。当这些分子碰撞时,它们交换“伙伴”,从而将钾铷分子转化成两个分子:一个由两个钾原子组成,另一个有两个铷原子。

通常,分子之间的化学反应发生得如此之快,以至于科学家无法看到一切即使是最复杂的设备也只能观察原始分子的消失和新分子的出现。中间的一步仍然是个谜。但是现在,研究人员已经看到了缺失的一环。在这个超冷的温度下,化学反应的速率是原始速率的百万分之一,为团队观察情况提供了一个更广阔的窗口。

当钾铷分子碰撞时,团队能够第一次将短暂产生的四原子分子成像为中间步骤。这使得团队能够观察原子键的断裂和新原子键的形成。研究人员说,有了这种能力,他们将来可以更详细地研究化学反应。除了观察之外,扩大的窗口还能使科学家更准确地干预化学反应,这可能导致一系列新的应用。毕竟,化学反应是药物、能源和家用产品的核心。