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2011年06月11日 科技日報
本報訊 據美國物理學家組織網6月9日報道，美國和德國科學家在最新一期《科學》雜志上撰文指出，他們在實驗中發現并首次證明，一種名為“隧道控制”的新機制或許是化學反應中新的驅動力，它可讓化學反應偏離傳統方向，獲得新的反應結果。新發現有望改變科學家對從材料科學到生物化學領域所發生反應的理解，并設計出新的反應。
這種驅動力是無意間被發現的。科學家們本來是將分離出的化合物甲基羥基化烯烴（methylhydroxycarbene）在極低溫度下保存在固態氬氣中，然而，令人詫異的是，幾小時后，該化合物消失了。這促使美國佐治亞大學的理論化學教授衛斯理•艾倫團隊和德國吉森加斯特斯-李比希大學的皮特•施雷納團隊進行大規模、更高級的計算來解開這個謎團。
科學家們認為，這種物質會消失的原因只有一個，那就是發生了化學反應。但環繞在該化合物周圍的只有惰性氬氣原子，極低的溫度也無法提供所需的熱能，另外，得到的反應產物是乙醛——這是在科學家們構想的多種可能性中最不可能出現的一種。艾倫解釋道，發生這種變化的驅動力并不是傳統的驅動力——動力和熱力，而是所謂的量子力學隧道效應。
量子力學隧道效應在10年前就被科學家們在研究放射性時首次證實。在經典力學中，分子運動可以被理解為粒子在一個勢能面上進行漫游，能量勢壘被看作該勢能面上的“山口”，將化合物隔離開來。按經典力學，當動能小于勢壘高度時，粒子不可能穿過勢壘。但在量子力學中，微觀粒子仍有一定的概率以一定的速度穿過勢壘，這種現象被稱為隧道效應。
科學家之前一直認為，在化學反應中，隧道為化學反應速度提供了第二個校正因子，不會提供支配性的驅動力。而最新實驗發現，隧道控制能對化學反應起支配作用，改變經典力學控制下的反應結果，隧道效應能導致一個并沒有最低激活勢壘的化學反應出現。
艾倫表示，盡管該反應在極低溫度下進行，而且是在專門針對甲基羥基化烯烴的研究中發現這種“隧道控制”的，但其可能是一種普遍現象，尤其是在涉及氫轉移的反應時，并且，這種過程可能也不受極低溫度的限制。
