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从最小的尺度来看,化学不仅仅是“台球”反应

物理学 2023-05-12 11:27:02

密苏里大学 信用:CC0公共领域 科学家们现在离更好地理解如何生活在“量子”世界又近了一步——而不仅仅是看漫威电影系列中的角色“蚁人”

举个例子,从微观角度看地球大气层的脆弱保护屏障,它创造了臭氧层,保护了我们所知的生命

在这层空气中,氧分子几乎一直受到太阳紫外线的攻击,紫外线通过一种被称为光解离的化学过程分解这些分子

虽然肉眼看不到这个过程,但科学家可以在最小的尺度——量子水平上观察到这些微观相互作用

在最近发表在《科学》杂志上的一项研究中,密苏里大学的科学家提供了光解离对大气污染物甲醛量子水平影响的证据,从而表明光解离反应不能被经典地处理,就像台球聚集、碰撞和重新连接一样,麻省理工学院艺术与科学学院化学策展人杰出教授亚瑟·索斯和该研究的合著者说

“只考虑‘台球’的经典意义上的化学反应,化学家会错过一个分子真正在做什么,”Suits说

“众所周知,当分子变得非常冷时,量子效应非常重要

令人惊讶的是,强烈的量子效应出现在光解离的高能处

这种新的见解不仅可以改变我们对分子行为的看法,还可能影响整个化学组成,而这反过来又会导致化学以意想不到的方式发展,因为量子特性的这种额外维度

" 这项新的研究涉及漫游,其中光解作用将一个分子分解成碎片,但碎片会回来并相互反应

到目前为止,“台球”模型完全可以匹配这样的实验

研究表明,更详细的测量不能这样处理

相反,他们必须使用一个更复杂的量子模型来证实他们观察到的异常特性

Suits相信他们的发现有一天会帮助科学家对大气中的化学物质有更好的理论理解,无论是在保护我们的平流层,还是在它是危险污染物的地面

Suits说:“例如,如果你想了解大气的化学性质,你首先需要了解当光被吸收,一个分子开始解离时会发生什么。”

“化学家可能认为他们不必担心光解离中量子水平上发生了什么,这只是原子的经典台球效应,但我们在这里表明情况并非总是如此,化学家需要能够在一定程度上完善他们的直觉。”

" “甲醛中的轨道共振揭示了漫游、自由基和分子通道的耦合,”发表在《科学》杂志上

合著者包括麻省理工学院的凯西·福利,新墨西哥大学的郭华和谢长建

谢在中国西北大学也有双重任命

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