El esquema muestra el estado de resonancia cuántica cuasi enlazada en la región de la barrera posterior, que es responsable de la reactividad mejorada en el F + H 2 a la reacción de HF + H a una temperatura cercana al cero absoluto. Crédito:DICP
Recientemente, El profesor Yang Xueming del Instituto de Física Química de Dalian de la Academia de Ciencias de China y el profesor Yang Tiangang de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur discutieron avances significativos en el estudio de las resonancias cuánticas en colisiones atómicas y moleculares a una temperatura cercana al cero absoluto. Su artículo fue publicado en Ciencias el 7 de mayo.
Las reglas de la mecánica cuántica gobiernan todos los procesos de colisión atómica y molecular. Comprender la naturaleza cuántica de las colisiones atómicas y moleculares es esencial para comprender la transferencia de energía y los procesos de reacción química. especialmente en la región de baja energía de colisión, donde el efecto cuántico es el más prominente.
Una característica notable de la naturaleza cuántica en la colisión atómica y molecular son las resonancias de dispersión cuántica, pero probarlos experimentalmente ha sido un gran desafío debido a la naturaleza transitoria de estas resonancias.
Este artículo presentó un estudio de resonancia cuántica publicado en el mismo número de Ciencias por un grupo de investigación de la Universidad de Nijmegen. Mediante el uso del rayo molecular desacelerado Stark de NO (j =1/2 F ) y un haz de helio criogénico combinado con una técnica de imagen de mapa de velocidad de alta resolución, De Jongh y sus colaboradores observaron resonancias en las colisiones inelásticas de NO + He en el rango de temperatura de 0,3 a 12,3 K.
Los cálculos precisos de la dinámica cuántica están en excelente acuerdo con los resultados experimentales. Particularmente interesante es que las resonancias solo se pueden describir con precisión utilizando una nueva superficie de energía potencial (PES) NO-He en el nivel CCSDT (Q), demostrando la precisión excepcionalmente alta de la imagen de resonancia desarrollada para este sistema de colisión inelástico de referencia.
Además de los procesos de dispersión inelástica, Se han discutido las resonancias en colisiones químicas reactivas en el régimen de baja energía de colisión. Un importante sistema de referencia para resonancias de reacción, discutido en el artículo, es el F + H 2 a la reacción HF + H, que es una fuente importante de formación de HF en las nubes interestelares (ISC).
El F + H 2 Se sabe que la reacción tiene una barrera de reacción significativa (629 cm -1 ), por lo tanto, su reactividad debería ser insignificante a una temperatura cercana al cero absoluto. Es importante comprender el mecanismo de formación de HF a través de esta reacción a bajas temperaturas, lo que puede ayudar a determinar la densidad de la columna de hidrógeno en el espacio.
Con el aparato mejorado de haz molecular cruzado, la reacción F y H 2 se han estudiado tan bajo como 14 K (9,8 cm -1 ) en el State Key Laboratory of Molecular Reaction Dynamics, DICP. Un pico de resonancia claro a la energía de colisión de ~ 40 cm -1 ha sido descubierto, que se considera responsable de la reactividad mejorada cerca de la temperatura cero absoluta del análisis dinámico detallado en un PES preciso. Debido al efecto túnel cuántico mejorado por resonancia, esta reacción debe tener una reactividad inusualmente alta a temperaturas por debajo de 1 K.
Un análisis teórico adicional indicó que si la contribución de la tunelización mejorada por resonancia se eliminara de la reactividad, la constante de velocidad de reacción de F + H 2 por debajo de 10 K se reduciría más de tres órdenes de magnitud.
En este articulo, los autores señalaron que la fuerte interacción entre el experimento y la teoría ha sido crucial en el estudio de las resonancias de colisiones transitorias. Los estudios de dinámica en colisiones atómicas y moleculares son especialmente importantes para comprender la transferencia de energía y los procesos de reacción química que podrían tener un gran impacto en sistemas complicados. como atmósferas terrestres y planetarias, nubes interestelares, láseres de fase gaseosa, procesamiento de semiconductores, plasmas, y procesos de combustión.
