科学家观测到量子干涉现象

量子干涉现象示意图。

本报讯（记者孙丹宁）近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员袁开军、中国科学院院士杨学明团队联合南京大学教授谢代前、副教授韩山雨团队，在分子光化学领域取得新进展，观测到水分子光解离通过单一锥形交叉反应通道时形成的量子干涉现象。相关成果发表于《自然-化学》。

量子干涉是量子力学的核心原理，是微观粒子波动性的重要体现。在化学反应中，原子、分子等微观粒子从反应物到产物的运动，有可能同时沿着多条不同路径进行。这些路径对应的量子波函数会互相干涉，从而增加或减小反应发生的概率。21世纪初，研究人员首次在水分子的121.6纳米波长光解离实验中观测到来自两个不同锥形交叉区解离通道的量子干涉，此后量子干涉现象在化学反应中被陆续揭示。迄今已观测到的干涉现象大多源于两条空间上可区分的反应路径，类似双缝干涉。相比之下，光学中另一类基本干涉现象—— 单缝衍射，由于源于同一反应通道内不同路径的相干叠加，长期缺乏实验的直接证据。

研究团队利用极紫外光源制备水分子同位素（HOD）到高激发态，结合高分辨探测技术测量产物的量子态分布，发现氘氧自由基（OD）产物振转量子态分布随激发波长变化。他们基于神经网络构建了水分子高精度多电子态耦合势能面，结合全维量子动力学计算，阐明了该现象来源于水分子在单一锥形交叉通道解离时直接和间接路径的量子干涉。

该工作结合高分辨实验和高精度理论计算，展示了分子光解离通过单一反应通道的量子干涉现象，深化了对势能面锥形交叉相关的非绝热化学反应过程的本质认识，为量子调控非绝热动力学提供了新思路和实验依据。研究成果为理解复杂分子体系的光化学行为提供了关键理论支撑。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41557-026-02078-w

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