在瓶子里捕捉闪电在瓶子里捕捉闪电在瓶子里玩电玩

称之为意外发现红利。一个大的。

倪康权开始做一些以前从未做过的事情。莫里斯·卡恩(Morris Kahn)是化学、化学生物学和物理学的副教授,也是超冷化学的先驱。然后,她和她的团队成功地迫使两个超冷分子相遇并发生反应,打破并形成了分子偶联史上最冷的化学键。

当他们这样做的时候,一些完全没有预料到的重要的事情也发生了。

在如此寒冷的环境中——500纳米凯尔文,或者仅仅比绝对零度高百万分之一度——分子的运动速度如此缓慢,以至于倪和她的团队发现了一件以前从未有人见过的事情:两个分子相遇形成两个新分子的时刻。本质上,他们捕捉到了化学反应中最关键、最难以捉摸的行为。

“因为(分子)太冷了,”倪说,“现在我们有点瓶颈效应。”

化学反应负责一切:从制造肥皂、药品、能源到烹饪、消化和呼吸。了解它们在基本层面上是如何工作的,可以帮助研究人员设计出世界上从未见过的反应。例如,新型的分子耦合器可能会使更高效的能源生产、新型材料(如防霉墙)或更好的量子计算机积木成为可能。世界上有无数种可能的组合可供测试。

Ni的实验室似乎在使能技术上有了一个良好的开端。

“可能在未来几年,我们是唯一能做到这一点的实验室,”Ni实验室的博士后学者胡明光(音译)说,他是他们本月发表在《科学》(Science)杂志上的论文的第一作者。

这一切都开始于五年前,那时倪开始着手制造她的新仪器。她不确定它会产生什么,但认为它可能会告诉他们一些关于原子、分子和化学反应的新知识。而这并不是唯一的不确定性:她不能确定她的复杂的工程与表面上看起来是一个混乱的激光质量会工作。

在她之前的工作中,倪用越来越低的温度从原子中锻造出永远不会发生反应的分子。当原子和分子被冷却到这样的极限时,它们的速度就会慢得像量子爬行,也就是它们可能的最低能量状态。在那里,Ni可以极其精确地操纵分子间的相互作用。但就连她也只能看到反应的开始:两个分子进去,然后呢?中间和结尾所发生的事情是一个只有理论才能解释的黑洞。

化学反应发生的时间只有十亿分之一秒,在科学界更广为人知的是皮秒。在过去的20年里,科学家们已经使用了超快激光,就像快速照相机一样,捕捉反应发生时的快速图像。但他们不能捕捉到整个画面。“大多数时候,”倪说,“你只能看到反应物消失,生成物出现在你能测量的时间内。没有直接测量中间到底发生了什么。“直到现在。

相关的

In the first picture of a black hole, it is outlined by emission from hot gas swirling around it under the influence of strong gravity near its event horizon.

“看到三里屯village”

视界望远镜的研究人员首次揭示了黑洞的图像

optical tweezers in use

小镊子

在第一项研究中,光学镊子使哈佛大学的科学家能够控制捕获超冷分子

镍的超高温迫使反应速度相对缓慢。当她和她的团队对两种因其柔韧性而被选择的铷钾分子进行反应时,超高的温度迫使这些分子在中间阶段停留了百万分之一秒。所谓的微秒可能看起来很短,但这比以往任何时候都要长数百万倍,对于Ni和她的团队来说,有足够的时间来研究化学键断裂和形成的阶段——本质上,就是一个分子如何变成另一个分子。

倪说,她和她的团队通过这种亲密的观察,可以测试预测黑洞反应的理论,并确认他们的预测是否正确。然后,她可以创造新的理论,利用实际数据更精确地预测在其他化学反应中会发生什么,甚至是那些发生在神秘的量子领域的化学反应。

这个团队已经在探索他们还能从超级试验台中学到什么。接下来,例如,他们可以操纵反应物,在反应物发生反应之前刺激它们,看看它们的高能量如何影响结果。或者它们甚至可以在反应发生时影响反应,轻推一个分子或另一个分子。“由于我们的可控能力,这个时间窗口足够长,我们可以进行探索,”胡说。“现在,有了这个装置,我们可以思考这个问题。没有这项技术,没有这张纸,我们甚至无法思考这个问题。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/12/ultracold-environment-offers-a-first-look-at-a-chemical-reaction/

http://petbyus.com/20894/