在国家自然科学基金项目（批准号：21688102、21590800、21825303、21822305）等资助下，中国科学院大连化学物理研究所杨学明、张东辉院士，孙志刚、肖春雷研究员研究团队，在氢原子与氢分子的同位素（H+HD®H2+D）反应过程中，发现了新的量子干涉现象，并揭示了该反应中的量子几何相位效应。研究成果以“H＋HD→ H2 + D 反应中直接抽取机制和漫游插入机制的量子干涉（Quantum interference in H + HD → H2 + D between direct abstraction and roaming insertion pathways）”为题，于2020年5月15日在线发表在《科学》（Science）杂志上。论文链接：https://science.sciencemag.org/content/368/6492/767.full。
在化学反应中，量子干涉现象是普遍存在的，但要准确理解这些干涉现象产生的根源却很困难。因为这些干涉的图样十分复杂，而且在实验上也难以精确分辨出这些干涉图样的特征。
研究团队以最简单的H+H2及其同位素的反应为研究体系，在实验上首次实现了在较高碰撞能处对后向散射（散射角度为180度）信号的精确测量，发现在后向散射角度上，H+HD反应的产物H2会随碰撞能变化而呈现出有规律的振荡现象；为解释该现象，从理论上创造性地发展了基于拓扑学原理分析化学反应发生途径的新方法。
基于拓扑学和经典轨线理论分析表明，这些后向散射的振荡是由两条反应途径的干涉造成的，即直接反应过程和类似于漫游机理的反应过程。这两条反应途径对后向散射均有显著贡献，但两者的幅度随着碰撞能变化并未显著变化。重要的是，这两条反应途径以相反的方向围绕于锥形交叉的反应势能面，所以在考虑几何相位效应后，它们的干涉图样相位将随着碰撞能发生变化，一个呈线性增加，另一个呈线性减少。最终两者相互干涉呈现出了有规律的振荡现象。有趣的是，在所研究的碰撞能范围内，通过漫游机理所发生的反应只占全部反应性的0.3%左右，却能够清晰地被理论和实验所揭示。
图 H+HDàH2+D两条拓扑反应途径示意图（左）与后向散射产物H2微分截面的理论与实验对比（右）