甲烷分子与金表面碰撞中的量子干涉效应:揭示分子碰撞动力学的量子奥秘

【字体: 时间:2025年02月28日 来源:SCIENCE 44.7

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  为探究分子与固体表面碰撞的量子力学机制,研究人员对甲烷(CH4)散射进行研究,发现反射对称态间完全相消干涉,证实离散对称性的量子效应。

  编辑总结:当光穿过紧密间隔的狭缝或从蚀刻光栅反射时,很容易观察到干涉效应。量子力学表明,类似的行为不仅适用于光,也适用于分子,但分子干涉往往更难察觉。Reilly 等人观察到,当甲烷分子从金表面散射时,干涉效应明显显现:某些最终转动状态会根据其与入射状态的反射对称关系被完全抑制。
摘要:尽管分子与固体表面之间碰撞的动力学本质上是量子力学的,但由于大量相互作用的自由度产生的退相干效应,通常会掩盖这些事件的波粒二象性。然而,即使分子与表面振动的热浴之间存在显著的动量交换,分子内部运动与外部自由度的部分解耦仍能揭示出显著的干涉效应。研究人员报告了对室温下甲烷分子从金表面散射进行的态制备和态分辨测量,证明了通过反射对称操作相关的分子态之间存在完全相消干涉。在所有研究的过程中,包括振动激发和振动非弹性碰撞,都普遍存在高对比度的干涉效应。这些结果证明了分子碰撞动力学中离散对称性的明显量子力学效应。
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