<p>如果她的音高恰到好處，歌手就能把酒杯打碎。原因在于共振。雖然玻璃可能會(huì)對大多數(shù)聲學(xué)音調(diào)做出輕微振動(dòng)，但與材料自身固有頻率共振的音調(diào)會(huì)使其振動(dòng)過度，導(dǎo)致玻璃破碎。</p> <p>&nbsp;</p> <p>共振也發(fā)生在小得多的原子和分子尺度上。當(dāng)粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，部分原因是特定的條件與粒子發(fā)生共振，從而促使它們發(fā)生化學(xué)連接。但是原子和分子一直在運(yùn)動(dòng)，處于一種模糊的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。找出最終觸發(fā)分子反應(yīng)的確切共振狀態(tài)幾乎是不可能的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家們今天在《自然》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究可能已經(jīng)解開了這個(gè)謎團(tuán)的一部分。研究小組報(bào)告說，他們第一次在碰撞的超冷分子中觀察到共振。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暴露在一個(gè)非常特定的磁場中時(shí)，一團(tuán)過冷鈉鋰(NaLi)分子云消失的速度比正常速度快100倍。分子的快速消失表明磁場使粒子發(fā)生共振，促使它們比正常情況下反應(yīng)得更快。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些發(fā)現(xiàn)揭示了促使分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的神秘力量。他們還表明，科學(xué)家有朝一日可以利用粒子的自然共振來引導(dǎo)和控制某些化學(xué)反應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這是第一次發(fā)現(xiàn)兩個(gè)超冷分子之間的共振.&rdquo;研究作者、麻省理工學(xué)院約翰&middot;d&middot;麥克阿瑟物理學(xué)教授沃爾夫?qū)?amp;middot;凱特勒說。&ldquo;有人認(rèn)為，分子是如此復(fù)雜，就像一片茂密的森林，在那里你無法識(shí)別單一的共振。但我們發(fā)現(xiàn)有一棵大樹格外顯眼，高出了100倍。我們觀察到一些完全出乎意料的事情。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Ketterle的合著者包括第一作者、麻省理工學(xué)院研究生Juliana Park、研究生Yu-Kun Lu、前麻省理工學(xué)院博士后Alan Jamison(目前在滑鐵盧大學(xué))和內(nèi)華達(dá)大學(xué)的Timur Tscherbul。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>中間謎題</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>在分子云中，碰撞不斷發(fā)生。粒子可能會(huì)像瘋狂的臺(tái)球一樣互相撞擊，或者以一種短暫而關(guān)鍵的狀態(tài)粘在一起，稱為&ldquo;中間復(fù)合體&rdquo;，然后引發(fā)一種反應(yīng)，將粒子轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新的化學(xué)結(jié)構(gòu)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>賈米森說:&ldquo;當(dāng)兩個(gè)分子碰撞時(shí)，大多數(shù)情況下它們不會(huì)達(dá)到中間狀態(tài)。&rdquo;&ldquo;但當(dāng)它們發(fā)生共振時(shí)，進(jìn)入那種狀態(tài)的速度會(huì)急劇上升。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;中間復(fù)合物是所有化學(xué)背后的奧秘.&rdquo;凱特勒補(bǔ)充道。&ldquo;通常，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物是已知的，但不知道一個(gè)是如何導(dǎo)致另一個(gè)的。了解分子共振可以為我們提供這種神秘中間態(tài)的指紋。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱特勒的團(tuán)隊(duì)一直在尋找原子和分子在超冷狀態(tài)下(溫度略高于絕對零度)發(fā)生共振的跡象。這種超冷的條件抑制了粒子受溫度驅(qū)動(dòng)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，使科學(xué)家有更好的機(jī)會(huì)識(shí)別任何微妙的共振跡象。</p> <p>&nbsp;</p> <p>1998年，凱特勒首次在超冷原子中觀察到這種共振。他觀察到，當(dāng)一個(gè)非常特定的磁場作用于過冷的鈉原子時(shí)，該磁場增強(qiáng)了原子相互散射的方式，這種效應(yīng)被稱為費(fèi)什巴赫共振。從那時(shí)起，他和其他人開始在原子和分子的碰撞中尋找類似的共振。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;分子比原子復(fù)雜得多，&rdquo;凱特勒說。&ldquo;它們有很多不同的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，目前還不清楚分子是否會(huì)產(chǎn)生共振。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>大海撈針</p> <p>&nbsp;</p> <p>幾年前，當(dāng)時(shí)還是凱特勒實(shí)驗(yàn)室博士后的賈米森提出了一個(gè)類似的實(shí)驗(yàn)，以觀察是否可以在原子和分子的混合物中觀察到共振的跡象，冷卻到絕對零度以上百萬分之一度。通過改變外部磁場，他們發(fā)現(xiàn)他們確實(shí)可以在鈉原子和鈉鋰分子之間捕捉到幾種共振，這是他們?nèi)ツ陥?bào)道的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然后，正如該團(tuán)隊(duì)在當(dāng)前研究中報(bào)告的那樣，研究生Park仔細(xì)研究了數(shù)據(jù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>凱特勒說:&ldquo;她發(fā)現(xiàn)其中一種共振與原子無關(guān)。&rdquo;&ldquo;她用激光吹走了原子，一個(gè)共振仍然存在，非常尖銳，而且只涉及分子。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>帕克發(fā)現(xiàn)，當(dāng)它們暴露在一個(gè)非常特定的磁場中時(shí)，分子似乎消失了&mdash;&mdash;這是粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的跡象&mdash;&mdash;比正常情況下要快得多。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在他們最初的實(shí)驗(yàn)中，賈米森和同事施加了一個(gè)磁場，磁場的變化范圍很寬，為1000高斯分布。Park發(fā)現(xiàn)鈉-鋰分子突然消失，速度比正常情況快100倍，在這個(gè)磁范圍的一小片范圍內(nèi)，大約25毫高斯。這相當(dāng)于一根頭發(fā)的寬度與一根一米長的棍子相比。</p> <p>&nbsp;</p> <p>帕克說:&ldquo;要在這片草堆里找到針，需要仔細(xì)測量。&rdquo;&ldquo;但我們使用了一種系統(tǒng)的策略來放大這種新的共鳴。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>最后，研究小組觀察到一個(gè)強(qiáng)烈的信號(hào)，這個(gè)特殊的場與分子共振。這種效應(yīng)增加了粒子在短暫的中間復(fù)合物中結(jié)合的機(jī)會(huì)，然后引發(fā)一種反應(yīng)，使分子消失。</p> <p>&nbsp;</p> <p>總的來說，這一發(fā)現(xiàn)讓我們對分子動(dòng)力學(xué)和化學(xué)有了更深入的了解。雖然該團(tuán)隊(duì)并不期望科學(xué)家能夠在有機(jī)化學(xué)水平上刺激共振并引導(dǎo)反應(yīng)，但有一天在量子尺度上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是可能的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>哈佛大學(xué)(Harvard University)物理學(xué)教授約翰&bull;道爾(John Doyle)表示:&ldquo;量子科學(xué)的主要主題之一是研究日益復(fù)雜的系統(tǒng)，尤其是在量子控制可能即將出現(xiàn)的情況下。&rdquo;他沒有參與該小組的研究。&ldquo;這種共振首先出現(xiàn)在簡單的原子中，然后出現(xiàn)在更復(fù)雜的原子中，導(dǎo)致了原子物理學(xué)的驚人進(jìn)步?，F(xiàn)在我們已經(jīng)在分子中看到了這一點(diǎn)，我們應(yīng)該首先詳細(xì)了解它，然后發(fā)揮想象力，思考它可能有什么好處，也許是構(gòu)建更大的超冷分子，也許是研究物質(zhì)的有趣狀態(tài)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究得到了美國國家科學(xué)基金會(huì)和美國空軍科學(xué)研究辦公室的部分支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>