弗里茨·哈伯研究所的研究人员成功实现了手性分子量子态的近乎完全分离，这突破了以往的限制，并为分子物理学开辟了新的研究方向。

这一突破涉及使用定制的微波场和紫外线辐射，使得量子态控制的纯度达到96%，这对理解生物同手性和宇宙基本对称性具有重要意义。

这一发现挑战了之前关于手性分子量子态控制实际极限的假设，并为分子物理学及其以外领域的新研究方向铺平了道路。

对生物系统的根本影响

手性分子以两种不能相互重叠的镜像版本存在，称为对映体，类似于我们的左右手，是生命结构的基础。

控制这些分子及其量子态的能力具有深远的影响，从气相中对映体的空间分离到测试关于生命同手性起源的假设——生物系统中对一个镜像的偏好超过另一个镜像。

实现近乎完美的量子态控制

直到现在，科学界还认为对这些分子的量子态进行完美控制在理论上是可行的，但实际上是无法实现的。

然而，弗里茨·哈伯研究所的团队证明了事实并非如此。通过创造近乎理想的实验条件，他们表明，可以实现一个对映体（两个镜像体之一）的量子态纯度达到96%，而另一个对映体仅占4%，这明显更接近于实现100%选择性的目标。

实验技术的进步

这一突破是通过使用定制的微波场与紫外线辐射相结合而实现的，这使得对分子的控制达到了前所未有的程度。

在实验中，一束分子的旋转运动大部分被抑制（冷却到接近绝对零度以上的旋转温度），穿过三个相互作用区域，这些区域受到共振紫外线和微波辐射的影响。

因此，在分子束实验中，选定的旋转量子态几乎完全包含手性分子的选定对映体，这标志着分子束实验的重大进展。

分子物理学的新研究方向

这项新实验为研究涉及手性分子的基础物理和化学效应开辟了新的可能性。研究团队的方法为探索手性分子中的宇称不守恒提供了新的途径——这是一个理论预测但尚未通过实验观察到的现象。这可能会对我们理解宇宙的基本（非）对称性产生深远影响。

潜在应用和未来研究

本质上，这项研究表明，几乎完全的对映体特异性状态转移是可以实现的，并且这种方法可以应用于绝大多数手性分子。预计这一发现将在分子物理学领域开辟重要的新机遇，包括新的研究方法和潜在应用。

参考文献：“旋转量子态中的接近完全手性选择”，作者为JuHyeon Lee、Elahe Abdiha、Boris G. Sartakov、Gerard Meijer和Sandra Eibenberger-Arias，发表于2024年8月28日，《自然通讯》。DOI: 10.1038/s41467-024-51360-3