沙国河，物理化学家、中国科学院院士。1934年5月出生于四川成都。1956年毕业于北京石油学院。中国科学院大连化学物理研究所研究员。六十年代从事硼烷合成、气体爆震波及高温化学反应动力学研究，建立了我国首台化学激波管。七十年代研制成功微波吸收材料，满足了国防需要；研制成功连续波和脉冲氟化氢化学激光器，进行了激光与靶面作用研究，给出了激光支持爆轰波传播及等离子体屏蔽的清晰物理图像，为我国强激光的发展作了贡献。八十年代以来，在激光化学和分子反应动力学基础研究中，发展了双共振多光子电离技术，研究了分子激发态碰撞传能的机制、倾向规则及取向变化规律。在国际上首次实验观察到分子碰撞传能中的量子干涉效应。

光子、电子、原子、分子等，在其运动过程中，既有粒子的特性，同时也有波动性，这就是“波粒二象性原理”。分子在微观粒子中可说是最大的了，其波动性不显著而难于实验观察。

八十年代初，激光化学研究在世界上兴起，张存浩先生敏锐地意识到这一化学前沿的重要性，在大连化物所开创了激光化学研究方向。我们小组的课题是研究分子激发态的光谱和碰撞能量传递。我们以一氧化碳这样一个较简单的双原子分子作为样板分子，选择了当时国际上出现不久的共振增强多光子电离光谱(REMPI) 作为探测谱技术，REMPI有很多优点，但在实验中我们发现它存在着易受杂质干扰和光谱选择不高的缺点。针对这些问题，我们首先采取的一个办法是“激光双共振”，即用两台可调谐染料激光器。一台激光器首先把CO分子从基态共振激发到一个中间激发态，另一台激光器再把中间激发态分子共振激发到更高的电子态，并使之电离，即所谓“双共振多光子电离”光谱 (OODR-MPI)。我们发现这种双共振技术不仅灵敏度比原来提高了二至三个数量级，而且由于经过两次共振选择，OODR-MPI光谱实现了完全的量子态分辨(即包括电子、振动、转动，以至亚转动的宇称分辨)，从而我们不仅首次获得了CO分子的第一单重激发态(A1P)的碰撞转动传能的绝对截面，而且做到了e/f宇称分辨。这一结果于1984年发表在美国化学物理通讯(Chem. Phys. Lett)上，引起了国际同行的极大兴趣和很多引用。但是杂质干扰问题仍存在，它使光谱有一个大的本底，信燥比不够好，这样就影响数据的准确度。如何减少杂质呢？一般的方法是提高真空度。于是我们用分子泵对样品池抽真空，并同时进行烘烤，连续一个星期。真空度到10-7t，光谱本底是降下来了，但维持不了一分钟就又上去了。要想解决问题，就得把真空度提高至超高真空( ~10-10 t )，这不是不可能，但建立这样一套超高真空设备，需要很大投资，而且时间也要很长。我们想到，这些干扰杂质主要是一些大分子。大分子是很容易用液氮冷冻下来的，于是设计了一个上部带液氮冷阱的样品池。一试，效果好得出乎预料，甚至只用机械泵抽空，杂质干扰也很少了。这样一来，不单光谱信燥比大为提高，而且实验起来也很容易了。你别小看这一个技术上的小改进，它可是我们后来一系列实验，包括发现碰撞传能量子干涉效应的基础。

在这以后的几年中，我们进行了N2激发态(a1Pg)碰撞传能到CO的研究；CO三重态(e3S-)的三个分量之间的传能；以及用园偏振激光研究碰撞中分子取向的变化等，所有这些研究，都达到了完全量子态分辨。我们从大量的实验并结合理论分析总结出了影响双原子分子碰撞传能的许多“倾向规则”(Propensity rule)，包括P态e/f宇称规则，3S态的F1/F2/F3三个分量的规则，分子碰撞取向变化规则，以及激发态分子间电子传能的两种机制：激发复合物机制和偶极-偶极近共振机制等。这些研究引起了国际同行重视，1993年张存浩先生和我应邀在美国“Science”上写了一篇文章，介绍了这些工作。

大概从1991年开始，我们研究分子波函数微扰对单重态?叁重态之间系间渡越(System crossing)的影响。实验数据在大多数情况下可以用公认的Gelbart- Freed传能公式来解释，但当所研究的转动能级波函数有强烈混合时(即所谓单重-叁重混合态)，传能截面的实验结果，即明显背离G-F理论，相差可达一倍之多。长时间内，我们百思不得其解，是实验误差吗？我们进行了多次反复验证，证明实验没错，那问题可能出在G-F公式吧。我们仔细考察G-F公式的来源，发现在该式的推导中用了经典力学近似，忽略了叁重和单重两个传能通道间的干涉效应。而根据量子力学，传能过程应具有波动特性，也就是两个通道间应存在干涉，问题可能就出在这里。于是，我们进一步查阅有关文献，发现十多年前，国外一个理论家Alexander根据他的计算，提出在碰撞传能中可能有量子干涉效应，这理论却一直未得到实验证明。Alexander的理论是出于对另一个分子体系的数值计算结果，并不能与我们的实验相关联。于是，我们就从量子力学的基本原理出发，推导了一个非常简明的混合态碰撞传能截面公式。用这个公式的计算结果，与我们的实验完全符合。为了验证这种符合是否偶然，我们进一步对六个转动态的共24个传能通道作了实验和计算，结果全部符合，无一不符。我们这一研究，于1995年初在美国化学物理杂志(J. Chem. Phys.)以“碰撞诱导CO单/叁重混合态分子内传能量子干涉效应的证据”题名发表，J. C. P.评阅人认为：“此文首次测量和精确定义了碰撞过程的干涉效应，是一篇重要文章”。1997年初，我们突然收到一封国外来信，那是在国际上知名的一个戈登会议(Gordon Conference)主席来邀请我们去作报告，会议在美国牛津大学召开。信上说我们的这个研究是作为会议的中心主题，张存浩先生出席会议作报告，引起热烈反响。后来我们进一步测定了不同碰撞伴在不同温度下的干涉相位角。对CO另外一个混合电子态和Na2(A 1Su+ / b 3?ou)的实验进一步验证了我们理论的普适性。我们关于“双共振电离法研究激发态分子光谱和态分辨碰撞传能”研究获1999年国家自然科学奖二等奖。其中最重要的一部份是关于碰撞传能量子干涉效应的研究。在2000年，此工作以“我国首次发现新的物质波干涉现象”为题，被评为中国十大科技进展新闻之一。

作者：沙国河

点 评：

沙国河先生根据国际学科前沿动向，选定分子激发态的光谱和碰撞能量传递作为研究课题。既站在前人肩膀上，又不迷信前人，发现并解决前人探测技术的缺点--光谱选择性不高和易受杂质干扰，但他并不因小有成就而满足。在研究分子波函数微扰对单重态?叁重态之间系间渡越的影响中，当转动能级波函数有强烈混合时，实验结果明显背离原有理论，他不因异常现象的困惑而罢休，追根溯源，首次测量和精确定义了分子碰撞过程的干涉效应。