研究发现量子力学隧道效应 影响化学反应结果

美国和德国科学家在最新一期《科学》杂志上写道，他们在实验中首次发现并证明了一种被称为“隧道控制”的新机制可能是化学反应的新驱动力，它可以使化学反应偏离传统方向，获得新的反应结果。新的发现有望改变科学家对从材料科学到生物化学的反应的理解，并设计新的反应。

这种驱动力是偶然发现的。科学家最初在极低的温度下将分离出的化合物甲基羟基烯烃储存在固体氩气中。然而，令人惊讶的是，这个化合物几个小时后就消失了。这促使佐治亚大学理论化学教授韦斯利·艾伦的团队和德国吉森市加斯东-尤斯图斯·冯·李比希大学的彼得·施雷纳的团队进行了大规模和更高层次的计算来解开这个谜。

科学家认为这种物质消失的原因只有一个，那就是发生了化学反应。然而，化合物周围只有惰性氩原子，极低的温度无法提供所需的热能。此外，获得的反应产物是乙醛，这是科学家们设想的各种可能性中最不可能的。艾伦解释说，这种变化的驱动力不是传统的驱动力——动力和热量，而是所谓的量子力学隧道效应。

10年前，科学家在研究放射性时首次证实了量子力学隧道效应。在经典力学中，分子运动可以理解为粒子在势能面上漫游，能量屏障被认为是势能面上隔离化合物的“山口”。根据经典力学，当动能小于势垒高度时，粒子不能穿过势垒。然而，在量子力学中，微观粒子仍然有一定的概率以一定的速度穿过势垒，这就是所谓的隧道效应。

科学家们长期以来一直认为，在化学反应中，隧道为化学反应速度提供了第二个修正因子，而不是主要的驱动力。然而，最新的实验发现，隧道控制可以控制化学反应，并在经典的机械控制下改变反应结果。隧道效应可以导致没有最低激活势垒的化学反应。

艾伦说，尽管该反应是在极低的温度下进行的，并且这种“隧道控制”是在专门针对甲基羟基化烯烃的研究中发现的，但它可能是一种常见现象，尤其是在涉及氢转移的反应中，并且该过程可能不受极低温度的限制。