通过“冻结”反应物分子的旋转、振动和运动，研究人员得以用光电离检测技术直接观察到了“被困”的中间产物。
在貌似一片混乱的激光中，目前已知的最冷化学反应发生了：在比星际空间还要冷上百万倍的条件下，哈佛大学化学与化学生物学副教授、超冷化学先驱Kang-Kuen Ni等迫使两个超冷分子相遇并发生了反应，此举打破并形成了史上最冷的分子偶联化学键。Ni实验室的博士后学者Ming-Guang Hu表示，在未来几年内，他们可能是唯一能做到这一点的团队。相关研究成果刊登于《科学》杂志。
五年前，Ni等就开始着手建造一种能实现超低温化学反应的新仪器。然而，他们并不能确定如此复杂的工程能否成功。事实证明，他们不仅完成了最冷的反应，还发现了一些预料之外的有趣事情。在500纳卡尔文的低温下，反应物分子的速度会慢得像笨重的冰川。Ni等首次看到了两个分子相遇并形成新分子的情景。从本质上讲，他们捕捉到了化学反应中最关键、最难以捉摸的行为。
化学反应几乎无处不在：呼吸、烹饪、合成药物和制造肥皂，都离不开化学反应。因此，从基本层面上了解化学反应的工作机制，可以帮助研究人员设计出新的反应组合，为能源高效生产、新材料制造，甚至是量子计算机搭建提供借鉴。
此前，Ni希望通过不断降低反应温度来制造不会反应的分子。当温度足够低时，原子和分子的运动速度会慢得像量子爬行。这时，Ni就能够精确地操纵分子间的相互作用。即便如此，她也只能看到反应开始时的情况。反应中和反应末尾发生的事情仍然是一个谜。化学反应发生的时间尺度为皮秒，反应物的消失和产物的出现都是转瞬之间的过程。在过去的20年中，科学家们曾尝试用超快激光来捕捉反应发生时的闪照，但效果并不理想。
Ni等设置的超低温环境让化学反应放慢了脚步。出于柔韧性考虑，他们选择了钾铷分子进行反应。超低温迫使分子在反应的中间阶段停顿了几微秒。虽然微秒也很短暂，但这已经足够让Ni的团队直接观察到化学键断裂和形成的过程。Ni说，她的团队可以利用观察结果来一探神秘的化学反应过程的究竟。接着，他们可以构建新的理论，并利用实际数据更精确地预测其他化学反应（包括量子化学反应）过程中会发生什么。
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编译：雷鑫宇
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://chemistry.harvard.edu/news/coldest-reaction
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