由耶路撒冷希伯来大学的 Daniel Strasser 教授和 Roi Baer 教授领导的国际科学家团队在分子物理学领域取得了重大发现，揭示了电离二氧化碳二聚体中意想不到的对称性破坏动力学。这项研究揭示了当这些分子簇暴露于极紫外 (EUV) 辐射时发生的结构变化的新见解。

此次合作研究显示，电离的 CO2二聚体会发生不对称结构重排，从而形成 CO3部分。这一发现对大气和天体化学具有重要意义，有助于更深入地了解极端条件下的分子行为。

在寒冷的外太空和大气等环境中，二氧化碳分子通常会形成对称形状的分子对。根据量子力学，这些分子对的波函数即使在电离后也应保持对称性。然而，来自耶路撒冷希伯来大学(以色列)、马克斯普朗克核物理研究所(德国)和 DESY 的 FLASH自由电子激光设施(德国)的研究人员观察到了一种称为对称性破坏的现象。

两个成熟的量子化学模型被用来预测电离二聚体的行为。第一个模型表明分子会同步移动，保持对称形状。相反，第二个模型预测电离会破坏对称性，导致其中一个分子在约 150 飞秒内缓慢绕轴旋转并指向其配对分子。

通过使用FLASH自由电子激光器产生的超快EUV脉冲，研究人员证实了第二种模型，显示电离后的二聚体确实发生了不对称的结构重排。

这种对称性破缺导致了CO3部分的形成，这可能对寒冷外太空环境中更复杂物种的化学演化发挥关键作用。

量子力学和对称性破缺现象

这项研究提出的一个关键问题是，尽管量子力学不允许对称性破缺，但对称性破缺是如何发生的。研究人员解释说，与薛定谔著名的猫类似，这对二氧化碳分子存在于两种对称性破缺状态的叠加中。该系统保持对称性，直到量子波函数在测量时崩溃，导致其中一个二氧化碳分子相对于另一个分子旋转。

该研究的主要作者斯特拉瑟教授强调了这一发现的重要性，他说：“我们的研究证明了将尖端实验技术与先进的理论模型相结合以揭示意想不到的分子行为的威力。这些对电离二氧化碳二聚体动力学的洞察可能会为二氧化碳化学开辟新的途径，并有助于我们了解行星和大气过程。”

领导理论建模的贝尔教授评论说：“通过直接将理论与实验测量结果进行比较，我们提高了模拟和预测在远程环境中发生的、无法在实验室进行实验测试的化学反应结果的能力。”

该研究结果对大气化学、天体化学具有重要意义，并为大气二氧化碳循环提供了新的见解。不对称结构重排、CO 3部分的形成和时间分辨动力学的发现为深入了解极端条件下的分子过程提供了帮助。

这项研究得益于国际合作和使用最先进的设施，包括德国汉堡 DESY 的 FLASH2 自由电子激光器。该团队的创新方法为进一步研究极端条件下分子团簇的行为铺平了道路，其潜在应用范围从大气科学到新型化学合成方法。

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