科學家們一直在探索宇宙和生命的起源。《美國國家科學院院刊》報道，化學家們在尋找化學反應起源方面取得了突破。美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室和麻省理工學院（MIT）等，揭示了化學反應最隱祕部分——極短暫的過渡態的祕密。這一關鍵性發現有望幫助科學家們獲得預測和外部控制化學反應過程的能力。阿貢國家實驗室化學科學和工程研究人員、論文作者Kirill Prozument說：“過渡態是化學反應過程中的關鍵，它對分子反應的產物有控制作用。”如果研究人員能夠對過渡態有更深刻的認識，就能改進工業化的化學生產過程，從而節約大量的能源和成本，並減少浪費。同樣的，了解過渡態對於新型藥物的合成也非常重要。

過渡態的存在時間非常短暫，大約為千萬億分之一秒。此前，研究人員不僅無法通過實驗觀察過渡態，甚至不能從它產生的化學產物中間接提取到足夠的細節資訊。Prozument解釋說：“物理學家們無法直接觀測140億年前的大爆炸，也無法直接觀察導致宇宙形成的過渡態。但他們可以通過測量大爆炸遺留下來的各種資訊揭示宇宙起源與演化的情況。化學家研究化學反應的原理與此類似。”

Prozument等取得的成果的核心源自該團隊使用的啁啾脈衝毫米波光譜技術。該技術能在振動激發分子的基礎上表徵多個相互競爭的過渡態，其在確定分子結構，以及由產物分子的不同振動能級引發的躍遷方面的精確性，非常突出。

利用這項強大的技術，研究人員分析了乙烯基氰化物和一種特殊紫外線的反應。該反應能生成多種產物。研究人員測定了與產物分子有關的振動能量，以及分子在不同振動水平上的裂分。前者闡述了分子內原子相對運動的振幅，後者則提供了產物分子過渡態原子群的幾何結構資訊。根據測量結果，研究人員確定了兩種控制反應產物的過渡態。

Prozument說：“我們的工作證實，用實驗技術分析過渡態原則上是可行的。下一步，我們計劃將其應用到更復雜的反應和不同的分子中。後續成果或許將對化學領域產生重大影響。”

期刊編號：0027-8424

原文連結：https://www.anl.gov/article/finding-the-source-of-chemical-reactions