Physics 版 (精华区)

发信人: FDTD (放荡*坦荡), 信区: Physics
标  题: A Water Molecule's Chemical Formula is Really Not
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年08月30日14:23:23 星期六), 站内信件

A Water Molecule's Chemical Formula is Really Not H2O

Number 648 #1, July 31, 2003 by Phil Schewe, James Riordon, and Ben Stein 

A water molecule's chemical formula is really not H2O, at least from the 
perspective of neutrons and electrons interacting with the molecule for only 
attoseconds (1 attosecond=10-18 seconds). According to new and recent 
experiments, neutrons and electrons colliding with water for just attoseconds 
will see a ratio of hydrogen to oxygen of roughly 1.5 to 1, so a more 
accurate formula for water under these circumstances would be H1.5O. 
According to the experimenters (Aris Chatzidimitriou-Dreismann, Technical 
University-Berlin, dreismann@chem.TU-Berlin.de, 011-49-30-314-22692), this 
"opening of the attosecond time window" may be revealing dramatic quantum 
effects that were once too short-lived to catch. Nonetheless, such effects 
may revise conventional textbook notions of water and other everyday 
molecules. Moreover, these experiments can provide new insights on chemical 
reactions at the 100-500 attosecond scale: the neutron and electron probes 
break apart the chemical bonds in molecules, as compared to laser-based 
attosecond studies, which have just ejected electrons from atoms at this 
point. 

The story begins in 1995. At the ISIS neutron spallation facility in the UK, 
a German-British collaboration collided epithermal neutrons (those with 
energies of up to a few hundred electron volts) with a target that included 
water molecules (Chatzidimitriou-Dreismann et al., Physical Review Letters, 
13 October 1997). Detecting the number and energy loss of the scattered 
neutrons in the resulting attosecond-scale collisions, the researchers 
noticed that neutrons were scattering from 25% fewer protons than expected. 
Apparently, the protons in hydrogen were sometimes "invisible" to the neutron 
probes. While the exact details are still being debated by theorists, the 
researchers' own theoretical considerations suggest the presence of 
short-lived (sub-femtosecond) entanglement, in which protons in adjacent 
hydrogen atoms (and possibly the surrounding electrons) are all interlinked 
in such a way as to change the nature of the scattering results. Realizing 
that water itself has anomalous properties, the researchers repeated the 
neutron experiments in other more typical molecules, for instance in benzene 
(conventionally noted as C6H6). In that case, they found that the neutrons 
saw a ratio of hydrogen to carbon of 4.5 to 6! Meanwhile, this effect was 
also confirmed in various hydrogen-containing metals, in a collaboration with 
Uppsala University in Sweden. Now, the researchers (with new colleagues in 
Australia) have decided to use an independent experimental method to verify 
this effect. In experiments at Australian National University in Canberra, 
the researchers used electron probes instead of neutrons, as the two 
particles interact with protons via fundamentally different forces (strong 
and electromagnetic interactions). Scattering electrons from a solid polymer 
called formvar (with basic building block C8H14O2), they observed the exact 
same shortfall in scattered electrons from hydrogen nuclei, comparable to the 
shortfall of scattered neutrons in accompanying neutron experiments on the 
same polymer. This supports the earlier results on water and other systems. 
(Chatzidimitriou-Dreismann et al., Physical Review Letters, 1 August 2003) 




 
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我要离开尘世的喧嚣,漂流到宇宙的彼岸,

去用心聆听苍穹深处最美妙的音符.

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