化学需要努力。无论是通过提高温度、增加相容原子在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。
如果你有耐心的话，量子理论确实提供了一种解决方法。来自奥地利因斯布鲁克大学的一组研究人员终于在世界上第一个测量氘离子与氢分子合并的实验中看到了量子隧道的作用。
隧道效应是量子宇宙的一个怪癖，使它看起来这些通常很难克服。
在化学中，这一障碍是原子相互结合或与现有分子结合所需的能量。
然而理论表明，在极其罕见的情况下，非常接近的原子有可能“隧道”穿过这个能量势垒并毫不费力地连接起来。
“量子力学允许粒子因其量子力学波特性而突破能量屏障，并发生反应，”说第一作者罗伯特·怀尔德是因斯布鲁克大学的实验物理学家。
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，因此它们不是位于任何一个精确的位置，而是占据一系列可能的位置。
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。但当我们放大单个亚原子粒子时，可能性的范围就会扩大，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不该出现的地方，隧道进入原本需要大量力量才能进入的区域。
其中一个电子区域可能位于化学反应的键合区内，将相邻的原子和分子焊接在一起，而不会产生热或压力的轰鸣-碰撞-粉碎。
了解量子隧道效应在分子构建和重排中所起的作用，可能会对核反应中能量释放的计算产生重要影响，例如涉及恒星和核反应中氢的核反应。。
尽管我们模拟了这种现象例如，涉及带负电荷的氘（一种含有中子的氢同位素）与氢气或 H 之间的反应2，通过实验证明这些数字需要具有挑战性的精度水平。
为了实现这一目标，怀尔德和他的同事将负氘离子冷却到使其接近静止的温度，然后引入由氢分子组成的气体。
如果没有热量，氘离子就不太可能具有迫使氢分子进行原子重排所需的能量。然而，它也迫使粒子安静地彼此靠近，让它们有更多的时间通过隧道结合。
“在我们的实验中，我们给出了大约 15 分钟陷阱中可能发生的反应，然后确定形成的氢离子的数量。根据氢离子的数量，我们可以推断出反应发生的频率。”狂野解释。
这个数字刚刚超过 5 x 10-20每立方厘米内每秒发生的反应，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了之前的模型，确认了可用于其他地方预测的基准。
鉴于隧道效应在各种核反应中发挥着相当重要的作用，其中大部分也可能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。
这项研究发表于自然。
