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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

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绝对零度是热力学理论中温度的下限值,约等于零下273.15°C。在那时,分子基本上静止不动,导致完全没有运动和热量。对于这项新研究,哈佛大学的研究小组将分子冷却到只有宇宙空间温度几百万分之一的温度——500纳米开尔文,这比宇宙中任何自然发生的温度都要低。相比之下,在最冷的星际空间中,温度平均为3开尔文,即30亿纳米开尔文。

不过,这并不是最寒冷的自然环境 -这项记录仍然由国际空间站上的冷原子实验室保持,那里的温度已经降到了100纳米开尔文。

在哈佛大学的研究中,研究人员使用了包含钾原子和铷原子的气体。当这些分子碰撞时,它们会交换“伙伴”,从而使钾-铷分子转化为两种分子:一种由两个钾原子组成,另一种则具有两个铷原子。

通常,分子之间的化学反应发生得太快,以至于科学家看不到一切-即使是最精密的设备也只能观察到原始分子的消失以及新分子的出现。中间的步骤仍然是个谜。但是现在,研究人员已经看到了缺失的环节。在这种超冷温度下,化学反应发生的速度是原来的数百万分之一,为团队提供了更广阔的窗口来观察发生的情况。

当钾-铷分子发生碰撞时,该团队能够首次对短暂创建的作为中间步骤的四原子分子成像。这使团队可以观察原子键的断裂和新的原子键的形成。研究人员表示,凭借这种能力,将来他们可以更详细地研究化学反应。除了观察之外,扩展的窗口还可以使科学家更精确地干预化学反应,从而可能导致一系列新的应用。毕竟,化学反应是药品、能源和家用产品的核心。

该研究发表在《科学》杂志上。

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