當我們深入原子尺度，化學反應發生的速度比想像中要快上許多，這導致我們很難看清過程究竟發生什麼。哈佛大學科學家們首度嘗試將分子冷卻到接近絕對零度的溫度，比外太空還要冷，終於確切捕捉到 2 個分子相遇瞬間的景象。
從呼吸、消化、到產生能量的生物機能，或是藥品、肥皂等日常生活用品，核心都跟分子化學反應息息相關，因此理解化學反應的基本運作機制，可以幫助科學家設計出世界上從未見過的新化學組合，不同的分子組合能帶來無盡新應用，比如更高效率的能源生產、新材料（如防黴牆）、量子電腦的結構單元等。
然而當科學家想深入原子尺度分析時，卻發現化學反應速度太快，僅發生在皮秒之間，電光石火間就錯過分子的相互作用。該如何放慢分子的運動速度進行觀察？科學家說，可以嘗試將分子冷卻到逼近絕對零度的低溫，此時分子處於最低能量狀態，放大檢視就像在龜速爬行，而如果真的到達絕對零度，此時分子基本上靜止不動。
但要冷卻到接近絕對零度不是說說就能辦到的事，雖然科學家已成功使用氣態銣原子在 170 nK（1.7×10 -7 K）低溫下（比外太空宇宙背景輻射溫度約 3K 還要低），實現物理學中的玻色-愛因斯坦凝態，但受限於地球重力拉扯，這些狀態轉瞬即逝，無法進一步詳細觀察，可知極限冷卻是非常困難的技術。
於是 NASA 選擇將冷原子實驗室移到國際太空站，在那裡，玻色–愛因斯坦凝態能維持 5～10 秒，並且每天實驗可達 6 小時。
化學反應是趁著化學鍵斷裂時的中間態將反應物轉化為產物，然而中間態非常短暫，過去即使使用最精密的設備，也只能觀察到原始分子的消失以及新分子的出現，中間態完全無法深入觀察。
而最近哈佛大學研究團隊，利用一種裝置將實驗環境溫度冷卻至 500 nK（500*10 -9 K），接著觀察鉀和銣原子組成的氣體分子碰撞時，所發生的化學反應及產生的新分子，雖然沒有超越冷原子實驗室的 100 nK 低溫，但已能讓科學家看見以前從未見過的分子行為。
在低溫下，鉀分子碰撞後的中間態維持時間從皮秒延長至微秒，雖然還是很短，但已經比平時延長數百萬倍，團隊得以首次對中間態成像，觀察到舊鍵斷裂及新鍵形成，如此一來便能檢驗有關中間態的理論，也可以建立新理論來更精確預測其他化學反應。
接下來，團隊希望從操縱反應物下手，分析是否會因此影響反應的進行。新論文發表在《科學》（Science）期刊。
- DEPARTMENT OF CHEMISTRY AND CHEMICAL BIOLOGY
- Coldest-ever chemical reaction reveals molecules in ultra slow motion
（首圖來源：哈佛大學）
