（图片来源：Katz et al.）
量子化学是量子力学应用在化学系统中的一个分支。我们可以通过这一领域来了解原子对或原子群的量子态行为，以及他们之间相互作用所发生的化学反应。不少量子化学领域的研究集中在量子状态下原子对的相互作用。虽然其中一些工作已经开辟了一些有价值的研究方向，但由于目前缺乏针对单原子碰撞的观测及控制技术，该领域发展缓慢。
魏茨曼科学研究所的研究人员通过研发更新更先进的方法来实现对原子对间基本相互作用的观测。他们在一篇发表于《自然-物理学》（Nature Physics）上的论文中介绍了这种新方法，即一种基于量子逻辑应用于超冷中性原子和冷离子间相互作用的研究方法。
（图片来源：geralt/pixabay）
杜克大学的Or Katz作为这项研究的参与者告诉Phys网：“当原子在短距离内被提起时，会经历如能量释放或化学反应等几个过程，这些过程都需要用量子力学来解释。过去的研究方案则受限于需要通过光学手段实现对单个原子的控制，使得可研究的原子种类以及相关相互作用的范围很小。我们的方案则优化了这一过程，只需用一个额外的原子充当探针来研究其他原子对之间的相互作用。”
研究人员利用激光冷却技术捕获了一个离子对和一个中性原子群。离子被电磁场捕获于一个四极离子阱（四极离子阱是一种使用交变电场來束缚带电粒子的离子阱，也称无线射频（RF）阱或者保罗离子阱，以纪念发明者沃尔夫冈·保罗）中，被困于光学晶格里的中性原子则可以随意进出四极离子阱。Katz解释道：“在研究单‘化学离子’与中性原子的相互作用时，我们将离子阱中第二个‘逻辑离子’作为探针，并探测其标记来实现对相互作用的观察。具体来说，当化学离子在放热（能量释放）过程中与单个原子相互作用而获得能量时，该离子会推动实验装置中的‘逻辑离子’使其发出荧光。通过探测该荧光则可获得其他离子和原子所历经过程的相关信息。”
（图片来源：pixabay）
Katz及其同事的工作为过去难以通过实验来探测的反应过程提供了新的可行性。其在文中所介绍的技术可用于测量一些新的效应，例如过去实验中难以观察的由原子或离子的运动特征所引起的量子干涉效应。他还补充道：“量子干涉效应已在该研究中被观测到，如Sr+的不同同位素与87Rb相互作用的截面所产生的数值差上。但该技术并不仅局限于此情况，还可以应用于其他许多粒子对的量子效应研究上，接下来我们将计划利用该技术来研究如自旋交换或其他一些化学反应的过程。”
此外，Katz和他的同事还将开展更多有关量子干涉效应的测量实验。有助于他们进一步评估量子力学在原子间的相互作用方面所能发挥的研究价值和潜力。
作者：Ingrid Fadelli
翻译：范嘉豪
审校：张和持
引进来源：物理学家组织网
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