In de eenvoudigste chemische reactie in de natuur, het bekende kegelvormige snijpunt bestaat tussen de grond en de eerste aangeslagen toestand. Daarom, de H + H ₂ reactie en zijn isotopische varianten zijn lange tijd het referentiesysteem geweest in de studie van het geometrische fase (GP) effect in chemische reacties.

Eerder, er zijn pogingen gedaan om het GP-effect in de H + H . te observeren en te begrijpen ₂ reactie. Echter, tot nu toe is er geen overtuigend experimenteel bewijs gevonden voor het GP-effect in een chemische reactie.

Onlangs, onderzoekers van de University of Science and Technology of China en het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academy of Sciences hebben een gecombineerd experimenteel en theoretisch onderzoek uitgevoerd van de H + HD tot H ₂ + D reactie.

Het experimentele team, die werd geleid door Prof. Wang Xingan en Prof. Yang Xueming, voerde een studie met gekruiste moleculaire bundels uit met behulp van de snelheidskaart-ionbeeldvormingstechniek met hoge resolutie. Snelle voorwaarts verstrooiende oscillaties van H ₂ (v', j') producten werden waargenomen in differentiële doorsneden bij een botsingsenergie in de buurt van de H ₃ kegelvormig snijpunt.

Prof. Sun Zhigang ontwikkelde een unieke kwantumtheoretische benadering om het GP-effect in een chemische reactie te beschouwen. Gebaseerd op een nieuw ontwikkeld nauwkeurig potentieel energie-oppervlak door Prof. Zhang Donghui, de onderzoekers ontdekten dat de experimenteel waargenomen oscillatiestructuren in de voorwaartse verstrooiingen alleen konden worden gereproduceerd door theoretische berekeningen, inclusief het geometrische fase-effect.

Door deze studie, er is ook een nieuw reactiemechanisme ontdekt voor deze benchmarkreactie bij hoge botsingen. Dit onderzoek beantwoordde duidelijk een al lang bestaande vraag in de dynamiek van chemische reacties, d.w.z., hoe het GP-effect de chemische reactiviteit diepgaand beïnvloedt. De studie heeft zeker belangrijke implicaties voor dynamische studies van moleculaire systemen met conische snijpunten in het algemeen.

Dit onderzoek, getiteld "Observatie van het geometrische fase-effect in de H + HD tot H ₂ + D reactie, " werd gepubliceerd in Wetenschap .

De Born-Oppenheimer-benadering (BOA) vormt de basis voor het begrijpen van de kwantumaard van moleculaire systemen en leidt tot de ontwikkeling van belangrijke concepten zoals elektronische toestanden en moleculaire banen. In een molecuul, niet-adiabatische interacties tussen elektronische toestanden zijn alomtegenwoordig. Echter, vanwege de gecompliceerde aard van niet-adiabatische koppelingen, moleculaire systemen worden vaak behandeld zonder rekening te houden met niet-adiabatische koppelingen en het effect van aangeslagen toestanden.

Echter, in aanwezigheid van conische interacties in moleculaire systemen, dergelijke benaderingen zouden kunnen mislukken. Een halve eeuw geleden, wetenschappers ontdekten dat door het introduceren van een geometrische fase, men zou deze systemen kwantummechanisch kunnen behandelen. Introductie van een GP-effect, echter, zou een diepgaand effect kunnen hebben op de kwantumsystemen. Bijvoorbeeld, een van de kwantum Hall-effecten is het resultaat van een elektronisch geometrisch fase-effect. Daarom, het effect van de geometrische fase is een fundamentele vraag in zowel de natuurkunde als de scheikunde.