Récemment, Le professeur Yang Xueming de l'Institut de physique chimique de Dalian de l'Académie chinoise des sciences et le professeur Yang Tiangang de l'Université des sciences et technologies du Sud ont discuté des avancées significatives dans l'étude des résonances quantiques dans les collisions atomiques et moléculaires à une température proche du zéro absolu. Leur article a été publié dans Science le 7 mai.

Les règles de la mécanique quantique régissent tous les processus de collision atomique et moléculaire. Comprendre la nature quantique des collisions atomiques et moléculaires est essentiel pour comprendre les processus de transfert d'énergie et de réaction chimique, en particulier dans la région de faible énergie de collision, où l'effet quantique est le plus important.

Une caractéristique remarquable de la nature quantique dans les collisions atomiques et moléculaires est les résonances de diffusion quantique, mais les sonder expérimentalement a été un grand défi en raison de la nature transitoire de ces résonances.

Cet article présente une étude de résonance quantique publiée dans le même numéro de Science par un groupe de recherche de l'Université de Nijmegen. En utilisant le faisceau moléculaire décéléré Stark de NO(j=1/2 F ) et un faisceau d'hélium cryogénique associé à une technique d'imagerie cartographique de vitesse à haute résolution, De Jongh et ses collaborateurs ont observé des résonances dans les collisions inélastiques NO+He dans la plage de température de 0,3 à 12,3 K.

Des calculs précis de dynamique quantique sont en excellent accord avec les résultats expérimentaux. Particulièrement intéressant est que les résonances ne peuvent être décrites avec précision qu'en utilisant une nouvelle surface d'énergie potentielle (PES) NO-He au niveau CCSDT(Q), démontrant la précision exceptionnellement élevée de l'image de résonance développée pour ce système de collision inélastique de référence.

En plus des processus de diffusion inélastique, les résonances dans les collisions réactives chimiques dans le régime de faible énergie de collision ont été discutées. Un système de référence important pour les résonances de réaction, discuté dans l'article, est le F+H 2 à la réaction HF+H, qui est une source majeure de formation HF dans les nuages ​​interstellaires (ISC).

Le F+H 2 réaction est connue pour avoir une barrière de réaction importante (629 cm ^-1 ), par conséquent, sa réactivité devrait être négligeable à la température proche du zéro absolu. Comprendre le mécanisme de formation de HF à travers cette réaction aux températures froides est important, qui peut aider à déterminer la densité de la colonne d'hydrogène dans l'espace.

Avec l'appareil à faisceau croisé moléculaire amélioré, la réaction F et H 2 ont été étudiés aussi bas que 14 K (9,8 cm ^-1 ) au State Key Laboratory of Molecular Reaction Dynamics, DICP. Un pic de résonance clair à l'énergie de collision d'environ 40 cm ^-1 a été découvert, qui est responsable de la réactivité améliorée près de la température du zéro absolu à partir de l'analyse dynamique détaillée sur un PES précis. En raison de l'effet tunnel quantique amélioré par résonance, cette réaction devrait avoir une réactivité inhabituellement élevée à des températures inférieures à 1 K.

Une analyse théorique plus poussée a indiqué que si la contribution de l'effet tunnel amélioré par la résonance était supprimée de la réactivité, la constante de vitesse de réaction de F + H 2 au-dessous de 10 K serait réduit de plus de trois ordres de grandeur.

Dans cet article, les auteurs ont souligné qu'une forte interaction entre l'expérience et la théorie a été cruciale dans l'étude des résonances de collision transitoire. Les études de dynamique dans les collisions atomiques et moléculaires sont particulièrement importantes pour comprendre les processus de transfert d'énergie et de réaction chimique qui pourraient avoir un large impact sur les systèmes complexes, comme les atmosphères terrestres et planétaires, nuages ​​interstellaires, lasers en phase gazeuse, traitement des semi-conducteurs, plasmas, et les processus de combustion.