11月19日，中國科學院大連化學物理研究所院士楊學明和中國科技大學教授王興安應邀在《科學》（Science）上發表題為“分子雙狹縫實驗”（A molecular double-slit experiment）的評述文章（Perspective），深入探討并展望了分子碰撞中的立體動力學與量子干涉現象研究。

　　1801年，英國物理學家Thomas Young以著名的楊氏雙狹縫實驗證實了光具有波動特性，這一雙狹縫實驗毫無疑問是科學上一個重要的里程碑。隨著現代科學的不斷發展，1927年，Davisson和Germer通過電子束在金屬鎳表面的散射行為觀測到了電子的波動性。這些實驗同20世紀初的一系列重要實驗共同支撐了“波粒二象性”這一微觀描述，推動了現代量子力學的發展。量子力學特性支配著作為微觀粒子的原子和分子的碰撞行為。例如量子干涉就顯著地影響著分子碰撞所引發的能量傳遞和化學反應等行為的微觀動力學。因此，對分子碰撞中量子效應的精確測量和描述是理解原子分子量子動力學的關鍵。

　　隨著激光、分子束等實驗技術的快速發展，科學家們已經可以對碰撞分子的量子態和空間取向進行精細調控，這也使深入研究分子碰撞中的量子立體動力學成為可能。該評述文章詳細介紹了同期《科學》雜志發表的關于分子非彈性碰撞傳能過程的立體動力學及量子干涉現象的研究。通過利用斯塔克誘導的激光絕熱拉曼通道激發方法，美國科學家成功實現了對D₂分子的高效振動態激發，并選擇性地精準制備了兩種具有不同特性的量子態：一個在空間具有確定取向的振動激發態，其分子鍵軸取向和參考軸具有+45或者-45度的夾角，稱為單軸態；另一個振動激發態來自兩個單軸態的相干疊加，即其分子鍵軸取向和參考軸同時具有+45及-45度的夾角的可能性，稱為雙軸態。通過對兩種不同量子態的D₂分子與He原子非彈性散射產物角分布的測量，研究人員發現處于雙軸態的分子在散射中會表現出與單軸態明顯不同的實驗結果，這一差異來源于雙軸態中不同鍵軸取向之間的量子干涉。這是在分子碰撞體系中首次通過激光制備出類似于楊氏實驗的“雙狹縫”（double-slit），進而影響雙分子碰撞的微觀動力學過程。同時也為挑戰在化學反應碰撞中開展可控的量子干涉實驗研究提供了重要參考。

　　文章還重點介紹了一個開展量子干涉以及立體動力學研究的理想化學反應體系：H+HD H₂+D反應及其同位素反應體系。該反應一直是化學動力學領域的重要基準體系，也是實驗與理論互動的成功范例。H+HD這一系列反應的電子基態和電子激發態的勢能面間具有非常著名的錐形交叉。這一錐形交叉的存在使得氫交換反應體系天然地具備兩個不可區分的反應路徑：其中一個對應著直接反應路徑，另一個則對應著類似于roaming的非直接反應路徑。這兩個路徑的量子干涉會顯著影響氫交換體系的反應動力學。楊學明和王興安以及合作者也是通過對兩個路徑量子干涉行為的精密實驗測量首次成功地觀測到了化學反應中的幾何相位效應。

　　激光制備特定量子態和取向分子的技術已經體現了其顯著的優勢以及可擴展性，在未來的實驗中，結合先進的激光量子態制備和分子空間取向技術，科學家們將能夠通過交叉分子束實驗對氫交換等反應開展進一步的精密動力學測量，借助激光選態的“雙狹縫實驗”深入理解基元反應的量子干涉行為和立體動力學，并有望在未來實現對基元化學反應的立體量子動力學控制。