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水、核自旋異構體比例、真空紫外光
本中心吳宇中研究員與高醫大用戶陳慧芬教授之合作研究榮登《物理化學快報》封面
2023/01/17
本中心吳宇中研究員與高雄醫學大學用戶陳慧芬教授進行合作研究，提出了一種可能的機制來解釋水在太空中所觀測到低於統計核自旋異構體比例的來源，研究成果榮登《物理化學快報》內頁封面。
       水是廣泛存在於各種天文環境中的重要物種，可區分為具有兩種不同的核自旋量子數的異構體，即para-H2O與ortho-H2O。在氣態下核自旋異構體之間無法互相轉換，只有當遇到磁性物質並在低溫環境下才能有效進行轉換。一般我們熟知的水在符合核自旋統計的比例下，para形式應占1/4，而另3/4則為ortho形式，即其核自旋異構體比例（ortho-to-para ratio, OPR）的統計分佈是3。在過去30年間，偶爾會發現水的OPR小於3，過去天文化學家推論，這些非統計自旋比例的水，應是在低於30 K的溫度下形成的，而小於三的比例則是保存了這些水在某些天文環境中所經歷過的熱過程的重要資訊。然而，近期有其他實驗結果表明，無論水冰形成的溫度為何，其氣態下所測得的OPR，都應該符合統計分佈的比例3。也因此在太空中偵測到水的OPR小於3的起源，仍是現代天文化學中一個懸而未解的問題。

       由本中心吳宇中研究員團隊聯合高雄醫學大學醫藥暨應用化學系用戶陳慧芬教授，提出了一種可能的機制來解釋水在太空中所觀測到非統計OPR的來源。透過台灣光源TLS 21A2實驗站之真空紫外光，光解在固態氫中所吸附的氧氣分子，可產生非符合統計平衡上水的自旋異構體分佈。從實驗數據推估，以此方式所產生的水的OPR可低至1.6。此研究成果發表在美國化學學會出版的《物理化學快報》（Journal of Physical Chemistry Letters），並獲選為當期期刊內頁封面。