实现不可能的化学反应

我们都知道，化学反应发生在原子和分子这个层次。尽管如此，我们却总是拿宏观物质来做化学反应，从没听说过科学家只取几个原子、分子来做实验的。现在，美国哈佛大学的科学家首次实现了在原子的层次上操作化学反应，让一个钠原子与一个铯原子结合，合成出一种宏观层次上不可能生成的新分子——钠铯分子。

你之前大概从来没听说过这种分子，也想象不到钠原子和铯原子还会发生化学反应，要理解这一点，我们需要从化学反应的原理谈起。

为什么钠原子和铯原子也能化学反应？

我们从高中化学中知道，原子的最外层电子数一般情况下达到8个的时候是最稳定的，所以在化学反应时，一个原子往往要么通过失去/得到电子，要么通过与其他原子共享电子，来达到使自己的最外层拥有8个电子的目的。这是化学反应之所以能够发生的基本原理。

尽管通常我们看到的情况是，只有特定元素的原子才能两两结合，但依照这个道理，其实除了惰性气体元素，几乎任何两种元素的原子都能实现化学反应。

拿钠原子和铯原子来说，钠原子最外层有1个电子，铯原子最外层也只有1个电子（次外层8个电子），看似不论通过失去/得到电子，还是共享电子，都无法达到最外层拥有8个电子的目的。但其实，只要我们设法把铯原子次外层中的6个电子“激发”到最外层（这样，铯原子最外层就有了7个电子），然后与钠原子最外层的1个电子共享，那么钠原子和铯原子就能同时让最外层电子数达到8个。换句话说，在这种情况下，钠原子和铯原子也能发生化学反应。

原子层次上操控化学反应

你可能觉得这太不可思议了，不过这个过程一般情况下是不会发生的，需要十分苛刻的条件才能完成。

首先，需要超低温度。温度越低，原子运动越慢，可以让钠原子和铯原子有充分的时间接触；其次，需要把铯原子次外层的6个电子激发到最外层；最后，还需要有一只“手”来操控原子；而这一切，都离不开一样东西——激光。

在低温技术中，有一项叫激光冷却。目前，人类达到的最低温度就是通过激光冷却达到的。其原理是，根据光的波粒二象性，光具有粒子的特性，当光照在物体上时，像皮球打在墙上一样，会对墙产生压力，这叫光压。当然，光压是非常小的，例如太阳光照在我们身上时产生的压力我们从来感觉不到。但是高能激光（意味着光子的能量很大）照在单个的原子上，其作用就不可小觑了。所以，当一个原子在运动时，对面照来一束激光，就可以降低它的速度，达到冷却的目的。根据这个原理，科学家还研制出“光镊子”，利用它可以很方便地“夹”住一个原子、分子，把它牵引到任何地方。如今，“光镊子”已经普遍应用于物理学和生物学的研究中。

至于让原子“激发”，这也是激光的拿手好戏。适当能量的激光打到铯原子次外层电子上，电子吸收能量，可以跳到最外层。

在这个实验中，科学家先用激光把钠原子和铯原子冷却到-273.123℃左右，然后用光镊子把它们夹到同一个地方，让它们接触，最后用另一束激光把铯原子激发，于是反应生成了一种新的化合物——钠铯分子（NaCs）。

这项技术可以让我们非常精准地操控化学反应，生成许多应用广阔的化合物。比如，这次合成的钠铯分子就是未来量子计算机的理想存储材料。