記者從中國科大獲悉，該校王興安教授與中科院大連化學物理研究所孫志剛研究員等合作，利用自主發(fā)展的國際上最高角度分辨率的交叉分子束離子成像裝置，對H+HD反應中的“幾何相位”效應展開深入研究并取得重大突破。研究成果于近日在線發(fā)表在國際期刊《科學》上。

“幾何相位”效應對化學反應的影響是理論和物理化學領域一個長期備受關(guān)注的重要科學問題。然而，由于實驗和理論上存在的巨大挑戰(zhàn)，該問題一直以來沒有得到令人信服的結(jié)論。波恩-奧本海默近似是研究分子等量子體系最為重要的基石，半個多世紀以前，科學家發(fā)現(xiàn)在波恩-奧本海默近似或絕熱近似下，必須引入“幾何相位”才能在絕熱近似下準確描述這些體系的量子動力學行為。“幾何相位”效應在很多重要物理體系中存在，如量子霍爾效應等。

科研人員自主研制了一臺獨特的結(jié)合閾值激光電離技術(shù)以及離子速度成像技術(shù)的交叉分子束反應動力學研究裝置。利用這一裝置，研究小組成功地測得了H+HD→H2+D反應的全量子態(tài)分辨產(chǎn)物速度影像，在實驗上觀測到了轉(zhuǎn)動態(tài)分辨的H2產(chǎn)物前向角分布快速振蕩結(jié)構(gòu)。通過精確量子動力學分析發(fā)現(xiàn)，只有引入“幾何相位”效應的理論計算才能正確地描述實驗觀測到的前向散射振蕩結(jié)構(gòu)。

這項研究揭示了“幾何相位”在化學反應中獨特的作用以及“幾何相位”效應的物理本質(zhì)，對于研究廣泛存在錐型交叉的量子體系具有重要意義。同時，研究還在實驗上發(fā)現(xiàn)和證實了這一重要反應體系在高能反應時一個全新的反應機理，對于從根本上理解這一重要體系的高能反應動力學具有重要意義。