在《自然通讯》上发表的一篇题为“Near-complete chiral selection in rotational quantum states”的研究中，Fritz Haber 研究所分子物理学系的受控分子小组在手性分子领域取得了重大飞跃。该团队由 Sandra Eibenberger-Arias 博士领导，实现了生命这些基本组成部分的量子态几乎完全分离。

这一发现挑战了以前关于手性分子量子态控制的实际极限的假设，并为分子物理学及其他领域的新研究方向铺平了道路。

手性分子以两个不可叠加的镜像形式存在，称为对映异构体，类似于我们的左手和右手，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意义，从气相中对映异构体的空间分离到测试关于生命同手性起源的假设——在生物系统中对一个镜像的偏好。

到目前为止，科学界认为，对这些分子的量子态的完美控制在理论上是可能的，但实际上是无法实现的。然而，弗里茨·哈伯研究所（Fritz Haber Institute）的团队已经证明并非如此。通过创造近乎理想的实验条件，他们表明一种对映异构体（两个镜像之一）的量子态纯度为 96%，而另一种对映异构体的纯度仅为 4%，明显接近 100% 选择性的目标。

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，从而实现了对分子的前所未有的控制。在实验中，一束分子的旋转运动大部分受到抑制（冷却到绝对零度以上约 1 度的旋转温度），穿过三个相互作用区域，在那里它暴露在共振紫外线和微波辐射下。因此，标志着分子束实验的重大进步，选定的旋转量子态几乎只包含选定的手性分子对映异构体。

新实验为研究涉及手性分子的基本物理和化学效应开辟了新的可能性。该团队的方法为探索手性分子中的奇偶性违背提供了一条新途径——这种现象由理论预测，但尚未通过实验观察到。这可能对我们理解宇宙的基本 （a） 对称性产生深远的影响。

从本质上讲，这项研究表明，几乎完全的对映异构体特异性状态转移是可以实现的，并且该方法可应用于绝大多数手性分子。预计这一发现将为分子物理学开辟重要的新机遇，包括新的研究方法和潜在应用。

更多信息：JuHyeon Lee 等人，旋转量子态中的近完全手性选择，Nature Communications （2024）。DOI： 10.1038/s41467-024-51360-3

期刊信息： Nature Communications