11月19日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王興安教授和中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、南方科技大學(xué)楊學(xué)明院士應(yīng)邀在《科學(xué)》雜志發(fā)表題為“分子雙狹縫實(shí)驗(yàn)”的評(píng)述文章，深入探討并展望了分子碰撞中的立體動(dòng)力學(xué)與量子干涉現(xiàn)象研究。

1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊以著名的楊氏雙狹縫實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光具有波動(dòng)特性，這一實(shí)驗(yàn)是科學(xué)上的一個(gè)重要里程碑。1927年，美國(guó)物理學(xué)家戴維森、革末通過(guò)電子束在金屬鎳表面的散射行為觀測(cè)到了電子的波動(dòng)性。這些實(shí)驗(yàn)同20世紀(jì)初的一系列重要實(shí)驗(yàn)共同支撐了“波粒二象性”這一微觀描述，推動(dòng)了現(xiàn)代量子力學(xué)的發(fā)展。對(duì)分子碰撞中量子效應(yīng)的精確測(cè)量和描述，是理解原子分子量子動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵。隨著激光、分子束等實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)家們已經(jīng)可以對(duì)碰撞分子的量子態(tài)和空間取向進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。

該文章詳細(xì)介紹了同期《科學(xué)》雜志發(fā)表的關(guān)于分子非彈性碰撞傳能過(guò)程的立體動(dòng)力學(xué)及量子干涉現(xiàn)象的研究。美國(guó)科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)氘氣分子的高效振動(dòng)態(tài)激發(fā)，并選擇性精準(zhǔn)制備了單軸、雙軸兩種具有不同特性的量子態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)處于雙軸態(tài)的分子在散射中會(huì)表現(xiàn)出與單軸態(tài)明顯不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這一差異來(lái)源于雙軸態(tài)中不同鍵軸取向之間的量子干涉。這是在分子碰撞體系中首次通過(guò)激光制備出類似于楊氏實(shí)驗(yàn)的“雙狹縫”，進(jìn)而影響雙分子碰撞的微觀動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

文章還重點(diǎn)介紹了一個(gè)開展量子干涉以及立體動(dòng)力學(xué)研究的理想化學(xué)反應(yīng)體系：氫原子加氫分子反應(yīng)及其同位素反應(yīng)體系。該反應(yīng)一直是化學(xué)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的重要基準(zhǔn)體系，也是實(shí)驗(yàn)與理論互動(dòng)的成功范例。這一系列反應(yīng)的電子基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的勢(shì)能面間具有非常著名的錐形交叉，使得氫交換反應(yīng)體系天然地具備兩個(gè)不可區(qū)分的反應(yīng)路徑。此前，楊學(xué)明院士和王興安教授以及合作者通過(guò)對(duì)兩個(gè)路徑干涉行為的精密測(cè)量，成功地回答了此前一直懸而未決的化學(xué)反應(yīng)中的幾何相位問(wèn)題。

結(jié)合先進(jìn)的激光量子態(tài)制備和分子空間取向技術(shù)，科學(xué)家們將能通過(guò)交叉分子束實(shí)驗(yàn)對(duì)氫交換等反應(yīng)開展進(jìn)一步的精密動(dòng)力學(xué)測(cè)量，借助激光選態(tài)的“雙狹縫實(shí)驗(yàn)”深入理解基元反應(yīng)的量子干涉行為和立體動(dòng)力學(xué)，有望在未來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基元化學(xué)反應(yīng)的立體量子動(dòng)力學(xué)控制。（記者 陳婉婉）