據外媒New Atlas報道,當深入到原子尺度時,事情發生的速度比平常我們看到的要快得多。這使得很難真正看到化學反應過程中發生了什么,因此哈佛大學的研究人員找到了一種減慢速度的方法。通過將分子冷卻到比絕對零度高500納米開爾文的溫度,該團隊能夠進行有史以來最冷的化學反應,捕獲了此前從未見過的兩個分子交換原子時的情況

有史以來最冷的化學反應!哈佛研究員找到減慢速度新方法

絕對零度是熱力學理論中溫度的下限值,約等于零下273.15°C。在那時,分子基本上靜止不動,導致完全沒有運動和熱量。對于這項新研究,哈佛大學的研究小組將分子冷卻到只有宇宙空間溫度幾百萬分之一的溫度——500納米開爾文,這比宇宙中任何自然發生的溫度都要低。相比之下,在最冷的星際空間中,溫度平均為3開爾文,即30億納米開爾文。


不過,這并不是最寒冷的自然環境 -這項記錄仍然由國際空間站上的冷原子實驗室保持,那里的溫度已經降到了100納米開爾文。


在哈佛大學的研究中,研究人員使用了包含鉀原子和銣原子的氣體。當這些分子碰撞時,它們會交換“伙伴”,從而使鉀-銣分子轉化為兩種分子:一種由兩個鉀原子組成,另一種則具有兩個銣原子。


通常,分子之間的化學反應發生得太快,以至于科學家看不到一切-即使是最精密的設備也只能觀察到原始分子的消失以及新分子的出現。中間的步驟仍然是個謎。但是現在,研究人員已經看到了缺失的環節。在這種超冷溫度下,化學反應發生的速度是原來的數百萬分之一,為團隊提供了更廣闊的窗口來觀察發生的情況。


當鉀-銣分子發生碰撞時,該團隊能夠首次對短暫創建的作為中間步驟的四原子分子成像。這使團隊可以觀察原子鍵的斷裂和新的原子鍵的形成。研究人員表示,憑借這種能力,將來他們可以更詳細地研究化學反應。除了觀察之外,擴展的窗口還可以使科學家更精確地干預化學反應,從而可能導致一系列新的應用。畢竟,化學反應是藥品、能源和家用產品的核心。


該研究發表在《科學》雜志上。


文章來源: cnBeta.COM

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