趣发彩票app下载:量子控制通过化学反应变得主动

更新时间: Oct 10, 2019  作者:刘趣发彩票app下载  来源:

直到最近,化学才是被动控制的科学。通过调节温度和压力等外部参数,甚至通过在反应中引入催化剂,化学家努力使所需产物的产率最大化。

然后20年前,一些有一些想象和远见的化学家提出了一个新的想法:量子控制。通过改变反应物的量子力学波性质或波函数,我们现在能够控制到比以前更大的最终产品。正如芝加哥大学的斯图尔特赖斯在最近的一篇自然文章中所说的那样,这种类型的主动控制“干扰了反应的核心。”

量子控制在于化学,物理和数学的交集。这一新领域的进展将取决于所有三个方面的重大贡献,并且在理论和实验领域都是必需的。因此,这个快速发展的领域可供各种研究未来可能性的研究人员和学生使用。

科学共同体最初持怀疑态度

许多化学界最初都反对量子力学在决定化学反应结果方面可能起主要作用的观点。人们普遍认为,由于通常涉及的许多粒子(如光子,电子,质子和中子),这些影响会相互抵消。

然而,多伦多大学的PaulBrumer和以色列魏茨曼科学研究所的MosheShapiro--量子控制的两位理论先驱-坚持不懈。随着激光和物质波技术的最新进展,科学终于处于实验可以验证理论的阶段。“几十年来,我们一直站在被动地观察和分析化学动力学,”布鲁默解释说。“我们现在拥有在最基本的水平上改变这些反应的工具和理解。”

量子控制方法

布鲁默和夏皮罗的理论基于所有量子力学现象中最基本的-双缝实验。它基本上以这种方式工作:通过提供两个相干通路的化学反应,产生相同的可能的最终产物,可以产生量子力学干涉效应。通过操纵两个干扰途径的性质-相对振幅和相位(在量子力学方面),通常可以对最终产品实现广泛的控制。

实验者在涉及光子的反应中最为成功,例如分子的光电离和光解离。在这里,两种不同的激光频率建立了两条干扰途径。

Brumer-Shapiro集团将目光投向的一个更具挑战性的问题是控制涉及两个分子的反应或至少原子-分子碰撞,由此最终产物可以是不同的分子种类。在这种情况下,这两种途径是由初始反应物的两种不同量子态产生的。虽然数值计算表明应该有可能进行实质性的控制,但这个案例的实验设计仍然悬而未决。

实施量子控制的另一种方法,而不是布鲁默和布鲁默的时间独立形式。Shapiro将使用脉冲激光束并改变脉冲之间的时间。Weizmann研究所的DavidTannor和StuartRice是最早提出这种方案的人之一。

例如,适当的定时脉冲使化学反应通过不同的途径进行在整个过程中的时间。实质上,第一个脉冲从中激发化学系统原始的潜在能量表面到另一个表面,从而绕过原始路径的瓶颈,因为反应在恰当的时间跳到另一个路径上。系统沿着该第二表面前进,直到最后第二脉冲将反应再次撞击到原始路径。许多不同的化学反应的结果,如电离与双原子钠的解离,都采用了这种方法。

(责任编辑:趣发彩票)

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