中国科学家评论美国科学家的工作，说明双方平起平坐 | 科技袁人
关注风云之声
提升思维层次
导读
有些人以为叠加态是一种类似盲盒的状态，在拆盲盒之前结果早已确定了，只是你不知道而已。错了，不是这样的！
视频链接：
精彩呈现：
2021年11月19日，中国科学技术大学的主页上发了一条有趣的消息（http://news.ustc.edu.cn/info/1055/77557.htm）：我校在《Science》上发了……不是发了一篇论文，而是发了一篇评述文章。也就是说，别的科学家做了一个研究，发了一篇论文，然后我校的科学家对它做个评论，向读者介绍它的背景和意义。
以前我介绍的我国科学家的重要成果，往往都伴随着这样的评论文章。那时是其他人来评我们，这次是我们评其他人。这是一件很有意思的事，因为有资格在《Science》上评别人的，当然首先要是这个领域的成名人物。所以我们可以明白，我国科学家跟其他国家科学家的互动已经是双向的，大家平起平坐。
下面来具体介绍这个工作。这篇评论文章的作者是王兴安教授和他的博士导师杨学明院士，他们在分子反应动力学领域做了很多国际著名的工作，这次评论的是同期《Science》杂志上发表的美国科学院院士、中国科学院外籍院士理查德·杰尔（Richard N. Zare）研究组的论文。这项工作的要点是实现了D2分子即两个氘原子组成的氢气分子的两种状态，并观测到了两种状态的区别。
这两种状态中的第一种，是D2分子具有确定取向的状态，相对于一个参考轴取45度或-45度的夹角。也就是说，假如参考轴是钟表上的0点钟方向，那么D2分子中两个D原子的连线可以指向1.5点钟方向，也可以指向10.5点钟方向。这是两个不同的状态，但它们的取向都是确定的，都属于取向确定的这一类。我们把这种取向确定的状态称为单轴态。
第二种状态，是第一种当中这两个状态的叠加态。什么叫叠加态？看过我的科普书《量子信息简话》的人就可以理解，这是量子力学特有的现象，在牛顿力学里是没有叠加态这个词的。把取向正负45度的两个态叠加起来，得到的是一个没有确定取向的态。对这个态测量它的取向，会以一半的概率得到45度，一半的概率得到-45度，所以我们把它称为双轴态。
我们需要强调一下，双轴态是一个真实的状态，跟单轴态同样的真实。有些人以为叠加态是一种类似盲盒的状态，在拆盲盒之前结果早已确定了，只是你不知道而已。错了，不是这样的！正确的理解是，叠加态是一个真实的状态，它真实地存在于盲盒之中，只是在你拆盲盒即做测量的时候它才发生一个突变，变成了两种可能的结果之一。
这两种理解的区别何在呢？区别可以用很多种实验方法表现出来，例如此文用的就是一种类似于光学里双缝干涉的方法。
用He原子跟D2分子发生非弹性散射，测量产物的角分布。假如D2分子是两个单轴态的混合，即一半45度加一半-45度，那么得到的角分布就类似两个单缝实验的结果相加，即有两个亮的条纹，在中间是连续过渡，没有明暗条纹。而如果D2分子处于的是双轴态，即两个单轴态的叠加而非混合，那么角分布就类似双缝干涉的结果，有两个最亮的条纹，但在中间还有若干个明暗相间的条纹，尤其是在正中间是完全黑的。你看，这区别就一望可知了吧？
这项研究在原理上的意义，是表明了物质的波粒二象性。在技术上的意义，让我们摘录科大主页上的报道：
激光制备特定量子态和取向分子的技术已经体现了其显著的优势以及可扩展性，在未来的实验中，结合先进的激光量子态制备和分子空间取向技术，科学家们将能够通过交叉分子束实验对氢交换等反应开展进一步的精密动力学测量，借助激光选态的“双狭缝实验”深入理解基元反应的量子干涉行为和立体动力学，并有望在未来实现对基元化学反应的立体量子动力学控制。
作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。 责任编辑：SS