通过量子散射共振直接探测原子-分子碰撞中的各向异性

各向异性是粒子相互作用的一个基本属性。它在冷和超冷分子过程中占据核心地位，在超冷极性分子碰撞中，长程力被发现显著依赖于取向。最近的实验表明，由于分子间自由度的量子化，在冷碰撞体系中出现了诸如散射共振等量子现象。尽管已证明这些态对相互作用细节很敏感，但各向异性对量子共振的影响至今尚未得到实验观测。在这里，我们通过改变分子内部转子的量子态，利用量子共振直接测量了原子-分子相互作用中的各向异性。我们观察到，在碰撞能量为 $k_B$ x 270 mK 时，只有当分子处于转动激发态时，在分子氢与亚稳态氦的 Penning 电离中才会出现量子散射共振。我们使用最先进的 ab initio 和多通道量子分子动力学计算表明，各向异性仅在 $H_2$ 分子处于第一转动激发态时才对有效相互作用有贡献，而处于转动基态的 $H_2$ 与亚稳态氦的相互作用是纯各向同性的。对分子内部转动量子态的控制使我们能够开启或关闭各向异性，从而解开相互作用中各向同性和各向异性部分的纠缠。这些量子现象即使对最先进的理论描述也构成了挑战性的基准，突显了利用冷碰撞来推进对粒子相互作用微观理解的优势。