被约束的氢分子

云中客

当粒子被约束在与其动量相关的、波长又与德布罗意波长相接近的范围内时，它必将会呈现出它的量子行为，最近英国Nottingham大学的A.Horsewill教授和他的同事们设计了一个经典的实验，他们首先选取氢分子作为研究样品，原因首先是由于氢分子具有最简单的分子结构，它在低温时只要考虑平动与转动能级间的跃迁；其次是由于在利用新发展的技术构筑一个开放式的碳原子布基球时，球笼上碳原子间的间隔只能允许单个氢分子进入笼内，当氢分子安置于笼内后，就将整个系统降温到2.5K，再用中子束作探针进行测试，就可得到中子的能谱图，从能谱图上可看到，在10--20meV的范围内出现了若干尖峰，这应该是对应于整个分子的跃迁能量，而不是对应于电子的跃迁能量，这个能量正好是对应于氢分子转动运动的能级跃迁，对于不受约束的氢分子，它的转动能级也是量子化的，根据泡利不相容原理，氢分子的核自旋若是反向排列的，则称为仲氢态；核自旋若是同向排列的，则称为正氢态，它对应着转动的第一激发态。