离子-分子反应中量子俘获的观测

1954 年，Vogt 和 Wannier（Phys. Rev. 95, 1190）预测，随着碰撞能趋近于零，极化中性原子或分子被离子俘获的速率应比经典 Langevin 速率增加两倍。这一预测尚未得到实验验证。H$_2^+$ + H$_2$ 反应非常适合观察这一效应，因为较小的约化质量使得与 s 波散射相关的量子效应在其他系统中更高的碰撞能下即可被观察到。此外，这种无势垒、强放热反应的反应速率遵循经典 Langevin 俘获模型直至冷碰撞条件（约 $k_\mathrm{B} \cdot~1\,\mathrm{K}$），且不受短程相互作用的影响。在此温度以下，观察到由于 H$_2^+$ 与基态正 H$_2$（$J=1$）之间的电荷-四极相互作用导致的反应速率强烈增强。在此，我们展示了在低于 $k_\mathrm{B}\cdot 1\,\mathrm{K}$ 的碰撞能下，H$_2^+$ 与无偶极矩且无四极矩的仲 H$_2$（$J=0$）反应的实验研究。我们在最低碰撞能下观察到了增强现象，这归因于 Vogt 和 Wannier 预测的量子增强。对 HD$^+$ 与 HD 反应的测量支持了这一结论。