化学反应中的共振态是化学动力学领域中的一个重要课题。中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学实验室杨学明研究小组首次在不同碰撞能量下获得了氟加氘氢反应的全量子态分辨反应微分截面，以前所未有的光谱精度对这一重要反应的共振现象进行了动力学研究，实验结果被理论模型精确证实。最新出版的美国《国家科学院院刊》(PNAS)动力学特刊，以封面文章的形式发表了这一成果。
美国《国家科学院院刊》动力学特刊特邀主编、美国国家科学院院士F.F.Crim教授在介绍本项工作时指出，对于化学反应共振态，无论是实验观测还是理论计算都具有非常大的挑战性；而这项F+HD研究工作展示了在获取反应精确势能面的探索方面实验与理论相结合的巨大力量。
化学反应共振态是一种化学反应中特殊的量子过渡态，控制着化学反应的速率、产物的分支比和量子态分布，对化学反应有极其重要的影响，对它的研究可以让人类深刻理解化学反应的机理。因共振态短暂束缚于反应过渡区附近，对所描述的化学反应热能面异常敏感，所以它提供了一种从实验上直接探测反应热能面的手段，对它的研究成为一个重要课题。
科学家们在20世纪70年代初就对化学反应共振态的研究产生了很大兴趣。乔治·谢兹(George C. Schatz)是美国科学院院士、美国西北大学化学教授。1973年，他在加州理工学院读博士时，与导师Aron Kuppermann教授根据理论计算提出了氟加氢分子反应中有可能存在反应共振现象。但要在实验上观测反应共振态却是一个世界公认的难题。
1985年，加州大学伯克利分校李远哲研究小组利用通用型交叉分子束技术对氟原子与氢分子的反应动力学作了详细的研究，他们在氟加氢反应中发现了HF(v=3)前向散射的现象，并推测这是由动力学共振所引起的。但后来的较高精度的动力学理论研究没有证实这一推测。
20世纪80年代中期，杨学明在美国读博士时接触到了氟加氢反应动力学，他对前辈的工作有相当深入的思考。两年前，他的研究小组对氟加氢反应体系的共振态进行了详细的实验研究，首次利用高分辨率反应散射实验探测到了这一体系中的反应共振现象。他的同事张东辉和南京大学教授谢代前合作，用高精度的理论建立一个高精度的势能面，与实验结果非常吻合。这一工作发表在2006年3月10日出版的美国《科学》杂志上。
在这一工作的基础上，杨学明和张东辉进一步的实验和理论研究表明，氟加氢反应中发现的HF(v=3)前向散射，事实上是由于反应体系在缓慢通过离心势垒时的时间延迟所造成的，而不是由反应共振引起的。这一重要结果发表在今年4月出版的美国《国家科学院院刊》上。
根据前人对氟加氘氢反应的研究，他们发现这一体系与氟加氢反应在动力学上有显著的差别。为了寻找这两个体系动力学差异的来源，杨学明和张东辉等又进一步开展了对氟加氘氢反应的高精度实验和理论研究。利用自行研制的交叉分子束——氢原子里德堡态标识探测的新装置，他们首次在不同碰撞能量下获得了反应全量子态分辨的反应微分截面，并在实验中观测到该反应在微分截面范围内的剧烈变化，以前所未有的光谱精度对这一重要反应的共振现象进行了动力学研究。动力学理论研究表明，张东辉和谢代前合作构造的描述氟加氢反应共振态的动力学模型对氟氘氢反应共振态的描述不够理想。为此，张东辉和厦门大学徐昕等人合作，重新构建了该反应的一个高精度的势能面，并在该势能面上获得了同时与氟加氢和氟加氘氢实验高度吻合的理论结果，首次实现了通过反应动力学实验直接以前所未有的光谱精度探测化学反应势能面的目标。
谈到新研究的意义，杨学明说：“这项研究是我们2006年在《科学》杂志上发表的研究工作的基础上前进了一大步。我们的实验研究在很小的能量区域内(几个波数)观测到了氟氘氢反应共振引起的反应动力学图像的剧烈变化，使我们能够以前所未有的精度来探测化学反应共振势能面。张东辉和徐昕等人发展了这一反应的高精度势能面，几乎完美地解释了反应共振所引起的动力学变化。这项工作对于我们进一步理解共振态动力学特别是同位素对共振的影响有着重要意义。”他表示：“未来我们希望能进一步以实验和理论动力学的方法开展更复杂体系中的共振态动力学研究。”
这项研究工作得到了科技部、中国科学院以及国家自然科学基金委的资助。
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