有史以来第一次，物理学家通过量子隧穿观察分子形式：

化学需要努力。无论是通过提高温度、增加相容原子在加热粉碎中碰撞的几率，还是增加压力并将它们挤压在一起，构建分子通常都需要一定的能量成本。

量子理论如果您有耐心，确实提供了解决方法。奥地利因斯布鲁克大学的一组研究人员终于在一项测量氘离子与氢分子合并的世界首创实验中看到了量子隧穿的作用。

隧穿是量子的一个怪癖宇宙使粒子看起来可以穿过通常难以克服的障碍。

在化学中，这种障碍是原子彼此结合或与现有分子结合所需的能量。

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然而，理论表明，在极少数情况下，靠近的原子有可能“隧道”穿过这个能垒并毫不费力地连接起来。

“量子力学允许粒子由于其量子力学波特性而突破能量屏障，并发生反应，”来自因斯布鲁克大学的实验物理学家、第一作者 Robert Wild 说。

量子波是驱动电子、光子甚至整个原子团等物体行为的幽灵，在任何观察之前模糊它们的存在，因此它们不会位于任何一个精确的位置，而是占据可能位置的连续体。

这种模糊对于分子、猫和星系等较大的物体来说是微不足道的。但随着我们放大单个亚原子粒子，可能性的范围扩大，迫使各种量子波的位置状态重叠。

当这种情况发生时，粒子有很小的机会出现在它们无关的地方存在，隧道进入需要很大力才能进入的区域。

电子的这些区域之一可能在 th化学反应的结合区，将相邻的原子和分子焊接在一起，而不会发生热或压力的爆炸-碰撞-粉碎。

了解量子隧穿在分子的构建和重排中的作用可能具有重要意义计算核反应中能量释放的分支，例如涉及恒星中的氢和地球上的聚变反应堆的分支。

虽然我们已经为这种现象建模，例如涉及带负电形式的氘之间的反应– 一种含有中子的氢同位素 – 和双氢或 H2，通过实验证明这些数字需要具有挑战性的精度水平。

为实现这一目标，Wild 和他的同事将负氘离子冷却到能够使它们产生的温度在引入由氢分子组成的气体之前接近静止状态。

如果没有热量，氘离子不太可能具有迫使氢分子重新排列所需的能量原子的组合。然而，它也迫使粒子安静地彼此靠近，让它们有更多时间通过隧道结合。

“在我们的实验中，我们在陷阱中给出了大约 15 分钟的可能反应，然后确定了形成了氢离子。根据它们的数量，我们可以推断出反应发生的频率，”Wild 解释说。

这个数字刚好超过每秒每立方厘米发生 5 x 10-20 个反应，或者大约每千亿次碰撞发生一次隧道事件。所以不是很多。尽管该实验确实支持之前的模型，确认了可用于其他地方预测的基准。

鉴于隧穿在各种核反应和化学反应中起着相当重要的作用，其中大部分也很可能发生发生在寒冷的太空深处，准确掌握起作用的因素可以为我们的预测提供更坚实的基础。

这项研究发表在《自然》杂志上。