如果她打出恰到好处的音调，歌手可以打碎酒杯。原因是共鸣。虽然玻璃可能会响应大多数声学音调而轻微振动，但与材料自身固有频率共振的音高会使其振动超速，导致玻璃破碎。
共振也发生在原子和分子的小得多的尺度上。当粒子发生化学反应时，部分原因是由于特定条件与粒子产生共振，从而驱动它们进行化学连接。但是原子和分子一直在运动，栖息在振动和旋转状态的模糊中。找出最终触发分子反应的确切共振状态几乎是不可能的。
麻省理工学院的物理学家可能已经破解了这个谜团的一部分，今天发表在《自然》杂志上的一项新研究。该团队报告说，他们首次观察到超冷分子碰撞的共振。
他们发现，当暴露于非常特定的磁场时，一团过冷的钠锂(NaLi)分子消失的速度比正常快100倍。分子的快速消失表明磁场将粒子调谐成共振，促使它们比正常情况下更快地做出反应。
这些发现揭示了驱动分子发生化学反应的神秘力量。他们还认为，科学家有朝一日可以利用粒子的自然共振来引导和控制某些化学反应。
“这是第一次看到两个超冷分子之间的共振，”研究作者，麻省理工学院约翰·D·麦克阿瑟物理学教授沃尔夫冈·凯特尔说。“有人认为分子是如此复杂，以至于它们就像一片茂密的森林，在那里你无法识别一个共振。但是我们发现一棵大树突出了100倍。我们观察到了一些完全出乎意料的事情。
Ketterle的共同作者包括主要作者和麻省理工学院研究生Juliana Park，研究生Yu-Kun Lu，前麻省理工学院博士后Alan Jamison，目前在滑铁卢大学，以及内华达大学的Timur Tscherbul。
中间的谜团
在分子云中，碰撞不断发生。粒子可能会像狂热的台球一样相互撞击，或者在短暂但关键的状态下粘在一起，称为“中间复合物”，然后引发反应，将粒子转化为新的化学结构。
“当两个分子碰撞时，大多数时候它们不会达到中间状态，”贾米森说。“但是当他们处于共振状态时，进入这种状态的比率会急剧上升。
“中间复合物是所有化学背后的奥秘，”Ketterle补充道。“通常，反应物和化学反应的产物是已知的，但不知道一个如何导致另一个。了解分子的共振可以给我们这个神秘的中间状态的指纹。
Ketterle的小组一直在寻找过冷的原子和分子共振的迹象，温度略高于绝对零度。这种超冷条件抑制了粒子的随机、温度驱动的运动，使科学家有更好的机会识别任何更微妙的共振迹象。
1998年，凯特尔首次在超冷原子中观察到这种共振。他观察到，当对过冷的钠原子施加非常特定的磁场时，该磁场增强了原子相互散射的方式，这种效应被称为Feshbach共振。从那以后，他和其他人一直在涉及原子和分子的碰撞中寻找类似的共振。
“分子比原子复杂得多，”Ketterle说。“它们有许多不同的振动和旋转状态。因此，目前尚不清楚分子是否会显示出共振。
大海捞针
几年前，当时在凯特尔实验室担任博士后的贾米森提出了一个类似的实验，看看是否可以在原子和分子的混合物中观察到共振的迹象，冷却到绝对零度以上百万分之一度。通过改变外部磁场，他们发现他们确实可以在钠原子和钠锂分子中拾取几次共振，他们去年报道了这一点。
然后，正如该团队在当前研究中报告的那样，研究生Park仔细研究了数据。
“她发现其中一个共振不涉及原子，”凯特尔说。“她用激光吹走了原子，一个共振仍然存在，非常尖锐，只涉及分子。
Park发现这些分子似乎消失了 - 这是粒子发生化学反应的迹象 - 比它们暴露于非常特定的磁场时要快得多。
在他们最初的实验中，Jamison及其同事施加了一个磁场，他们在1高斯的宽范围内变化。Park发现钠锂分子突然消失了，比正常速度快000倍，在这个磁性范围的一小部分内，大约是100毫高斯。这相当于一根人类头发的宽度与一米长的棍子相比。
“需要仔细测量才能在这个大海捞针中找到针，”Park说。“但我们使用了一种系统的策略来放大这种新的共鸣。
最后，研究小组观察到一个强烈的信号，即这个特殊的场与分子产生共振。这种效应增强了颗粒在短暂的中间复合物中结合的机会，然后触发了使分子消失的反应。
总体而言，这一发现提供了对分子动力学和化学的更深入理解。虽然该团队预计科学家无法在有机化学水平上刺激共振并引导反应，但有一天有可能在量子尺度上做到这一点。
“量子科学的主题之一是研究日益复杂的系统，特别是当量子控制可能即将到来时，”哈佛大学物理学教授约翰多伊尔说，他没有参与该小组的研究。“这种共振首先出现在简单的原子中，然后是更复杂的原子，导致了原子物理学的惊人进步。既然这在分子中已经看到了，我们应该首先详细了解它，然后让想象力徘徊并思考它可能有什么好处，也许构建更大的超冷分子，也许研究有趣的物质状态。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！