化学反应是指分子破裂成原子，原子重新排列组合生成新分子的过程。化学反应发生的时间非常短暂，在皮秒之内。在过去的二十年中，科学家们使用了超快激光，以捕捉反应发生时的快速图像，但是他们无法捕获全部图片。现在，利用超冷化学，研究人员可以首先了解化学反应过程中的确切情况。
 

美国科学家在最新一期《科学》杂志发表论文称，在比星际空间冷数百万倍的温度下，他们让两个超冷分子发生了迄今宇宙间最冷的化学反应，形成了分子偶联史上最冷的键，让我们有史以来第一次从头到尾见证了一个化学反应的发生。

哈佛大学的研究人员称，在500纳开尔文（比绝对零度仅高百万分之几摄氏度）下，分子的运动速度降至极低，他们看到了以前从未有人见过的情景：两个分子相遇形成两个新分子的时刻。

在以前的研究中，研究团队使用超低温让原本不可能发生反应的原子生成分子。在极低温度下，原子和分子会减速到可能的最低能量状态，研究人员因此可最精确地操纵分子的相互作用。但即便如此，他们也只能看到反应的开始：两个分子进入，随后发生的一切对他们来说就是一个“反应黑洞”。



 

因为化学反应发生在皮秒内，即使当今最先进的技术，也无法捕捉到如此短暂的景象。在过去20年间，科学家使用超快激光来拍摄反应发生时的情景，仍然无法捕获全部景象。“大多数时候，你只是看到反应物消失，随后产物出现，但中间发生了什么，我们一无所知。”

现在，研究团队设计的超冷温度使他们首次看到了反应过程中发生的情况。当他们让两个铷钾发生反应时，超冷温度迫使分子在中间阶段停留了几微秒，这一时间比平时长了数百万倍，足以让他们研究键的断裂和形成——也就是一个分子如何变成另一个分子的过程。

有了这一新方法，他们可对各种预测反应中发生情况的理论进行验证，还可以提出新理论，更精确预测其他化学反应（甚至发生在量子领域中的化学反应）内发生的情况。此外，借助新反应平台，他们可以操纵发生反应的物体，在反应之前将其激发，以查看增加能量对反应结果的影响，甚至操控反应的进行。

化学反应实际上负责一切：呼吸、烹饪、消化，创造能量、药品和肥皂等家用产品。因此，了解它们在基本水平上的工作方式可以帮助研究人员设计世界上从未见过的组合。有了几乎无限数量的新组合，这些新分子将有无尽的应用，从更高效的能源生产到新材料。

团队已经在探索他们在超冷测试床上还能学到的东西。接下来，例如，他们可以操纵反应物，在反应之前将其激发，以查看其增加的能量如何影响结果。或者，它们甚至可能影响反应的进行，从而轻触一个分子或另一个分子。

来源：科技日报、原理