如果她的音高恰到好处，歌手就能把酒杯打碎。原因在于共振。虽然玻璃可能会对大多数声学音调做出轻微振动，但与材料自身固有频率共振的音调会使其振动过度，导致玻璃破碎。

共振也发生在小得多的原子和分子尺度上。当粒子发生化学反应时，部分原因是特定的条件与粒子发生共振，从而促使它们发生化学连接。但是原子和分子一直在运动，处于一种模糊的振动和旋转状态。找出最终触发分子反应的确切共振状态几乎是不可能的。

麻省理工学院的物理学家们今天在《自然》杂志上发表的一项新研究可能已经解开了这个谜团的一部分。研究小组报告说，他们第一次在碰撞的超冷分子中观察到共振。

他们发现，当暴露在一个非常特定的磁场中时，一团过冷钠锂(NaLi)分子云消失的速度比正常速度快100倍。分子的快速消失表明磁场使粒子发生共振，促使它们比正常情况下反应得更快。

这些发现揭示了促使分子发生化学反应的神秘力量。他们还表明，科学家有朝一日可以利用粒子的自然共振来引导和控制某些化学反应。

“这是第一次发现两个超冷分子之间的共振.”研究作者、麻省理工学院约翰·d·麦克阿瑟物理学教授沃尔夫冈·凯特勒说。“有人认为，分子是如此复杂，就像一片茂密的森林，在那里你无法识别单一的共振。但我们发现有一棵大树格外显眼，高出了100倍。我们观察到一些完全出乎意料的事情。”

Ketterle的合著者包括第一作者、麻省理工学院研究生Juliana Park、研究生Yu-Kun Lu、前麻省理工学院博士后Alan Jamison(目前在滑铁卢大学)和内华达大学的Timur Tscherbul。

中间谜题

在分子云中，碰撞不断发生。粒子可能会像疯狂的台球一样互相撞击，或者以一种短暂而关键的状态粘在一起，称为“中间复合体”，然后引发一种反应，将粒子转变为一种新的化学结构。

贾米森说:“当两个分子碰撞时，大多数情况下它们不会达到中间状态。”“但当它们发生共振时，进入那种状态的速度会急剧上升。”

“中间复合物是所有化学背后的奥秘.”凯特勒补充道。“通常，化学反应的反应物和产物是已知的，但不知道一个是如何导致另一个的。了解分子共振可以为我们提供这种神秘中间态的指纹。”

凯特勒的团队一直在寻找原子和分子在超冷状态下(温度略高于绝对零度)发生共振的迹象。这种超冷的条件抑制了粒子受温度驱动的随机运动，使科学家有更好的机会识别任何微妙的共振迹象。

1998年，凯特勒首次在超冷原子中观察到这种共振。他观察到，当一个非常特定的磁场作用于过冷的钠原子时，该磁场增强了原子相互散射的方式，这种效应被称为费什巴赫共振。从那时起，他和其他人开始在原子和分子的碰撞中寻找类似的共振。

“分子比原子复杂得多，”凯特勒说。“它们有很多不同的振动和旋转状态。因此，目前还不清楚分子是否会产生共振。”

大海捞针

几年前，当时还是凯特勒实验室博士后的贾米森提出了一个类似的实验，以观察是否可以在原子和分子的混合物中观察到共振的迹象，冷却到绝对零度以上百万分之一度。通过改变外部磁场，他们发现他们确实可以在钠原子和钠锂分子之间捕捉到几种共振，这是他们去年报道的。

然后，正如该团队在当前研究中报告的那样，研究生Park仔细研究了数据。

凯特勒说:“她发现其中一种共振与原子无关。”“她用激光吹走了原子，一个共振仍然存在，非常尖锐，而且只涉及分子。”

帕克发现，当它们暴露在一个非常特定的磁场中时，分子似乎消失了——这是粒子发生化学反应的迹象——比正常情况下要快得多。

在他们最初的实验中，贾米森和同事施加了一个磁场，磁场的变化范围很宽，为1000高斯分布。Park发现钠-锂分子突然消失，速度比正常情况快100倍，在这个磁范围的一小片范围内，大约25毫高斯。这相当于一根头发的宽度与一根一米长的棍子相比。

帕克说:“要在这片草堆里找到针，需要仔细测量。”“但我们使用了一种系统的策略来放大这种新的共鸣。”

最后，研究小组观察到一个强烈的信号，这个特殊的场与分子共振。这种效应增加了粒子在短暂的中间复合物中结合的机会，然后引发一种反应，使分子消失。

总的来说，这一发现让我们对分子动力学和化学有了更深入的了解。虽然该团队并不期望科学家能够在有机化学水平上刺激共振并引导反应，但有一天在量子尺度上实现这一目标是可能的。

哈佛大学(Harvard University)物理学教授约翰•道尔(John Doyle)表示:“量子科学的主要主题之一是研究日益复杂的系统，尤其是在量子控制可能即将出现的情况下。”他没有参与该小组的研究。“这种共振首先出现在简单的原子中，然后出现在更复杂的原子中，导致了原子物理学的惊人进步。现在我们已经在分子中看到了这一点，我们应该首先详细了解它，然后发挥想象力，思考它可能有什么好处，也许是构建更大的超冷分子，也许是研究物质的有趣状态。”

这项研究得到了美国国家科学基金会和美国空军科学研究办公室的部分支持。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。