利用激光使“漫游氢”可视化

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摘要：研究小组利用飞秒激光，通过超快光谱法之一的库仑爆炸成像法，对随着解离反应的进行而时刻变化的甲醛分子的形状进行时间分辨测量，并通过进行基于量子力学的理论计算，全球首次成功实现了氢原子漫游过程的可视化。

关键字：飞秒激光、库仑爆炸成像法、漫游氢、可视化、解离反应

由AIpatent认证专家库成员（欲知详情可联络support@aipatent.com）等人组成的研究小组，全球首次成功地直接捕捉到在分子中漫游的氢原子的状态，并将作为化学反应的新途径而备受关注的漫游过程可视化。

将一个分子分为两个或两个以上片段的“解离反应”是最简单的化学反应之一。通常，通过越过反应物和产物之间的能垒进行化学反应。自从薛定谔方程被提出以来，化学反应通过能垒最低的路径迅速进行的观点已成为定论。

但是，研究者们已在2004年以众所周知的防腐剂等的材料——甲醛分子（H₂CO）为对象，预测了存在不通过最低能垒路径的新反应路径。在该反应中，氢原子（H）在甲醛分子中漫游，并与其他氢原子结合，从而最终解离为氢分子（H₂）和一氧化碳分子（CO）。

因为氢原子在分子内漫游，所以该过程被称为“漫游过程”，且作为与迄今为止的化学反应不同的新分子内反应而备受关注。

此次，该研究小组利用飞秒激光，通过超快光谱法之一的库仑爆炸成像法，对随着解离反应的进行而时刻变化的甲醛分子的形状进行时间分辨测量，并通过进行基于量子力学的理论计算，全球首次成功实现了漫游过程的可视化。

在库仑爆炸成像法中，用与分子的振动周期相同的飞秒激光照射分子，并通过瞬时剥离多个电子使分子电离。由于电离后的分子带正电荷，因此会通过电排斥（库仑排斥）分解成多个离子片段（库仑爆炸）。通过精确测量此时离子片段飞出的方向和速度，可以知道分子电离前的形状。

通过与基于量子力学的理论计算进行比较和验证，证实了所获得的实验结果来自漫游过程。此外，还发现，漫游过程的初期阶段——去激励过程在传统预测时间的十万分之一的极短时间内进行。基于这些成果，通过观察化学反应的分子形状变化和电子动能变化，阐明了迄今为止未知的化学反应的详细内容。

该研究小组表示，今后，将基于本次研究成果，阐明漫游过程的全部内容，从而提高燃烧反应过程中化学成分的预测精度，并实现不拘泥于现有常识的化学研究。

翻译：李释云

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

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