在研究过程中，他认真分析了其他人做分子束碰撞的全部实验，包括其中的成功和失败、装置的不足及难题。他发现分子束方法在化学上应用迟迟不能实现的原因是产物分子检测的困难，在典型的交叉分子束实验中，散射到检测区的产物分子约为每秒几个至几十个，这相当于产生的电流最小仅为10－8A，而检测手段对如此微弱的信号是无能为力的。在分子束动力学发展初期有一个“碱金属时代”，这个时期中，分子束研究的双分子反应只限于碱金属的物种，其原因就是碱金属的电离势较小，可以使电离检测器发现捕捉到足够的信号强度。后来为了将研究从碱金属扩大到其他不同的分子，有人发明了用电子轰击方法使中性原子或分子电离，但是终因获得不了足够的信息而使研究不能取得突破性进展。要解决这个问题，关键是改进实验仪器，李远哲决定设计制造新的、更高级的实验仪器。
他来到哈佛大学后，发现赫希巴赫在哈佛的4年中，研究手段和技术水平都没有什么改善和提高。这使李远哲感到惊讶，也更坚定了他的想法。他立即向赫希巴赫提出了开展交叉分子束研究的新构想，赫希巴赫批准了这个项目，并派给他3名研究生，跟他一起去做。
李远哲在哈佛大学的时间只有19个月（1967年2月至1968年9月），要想完成这项研究，他必须在10个月内设计制造出新的实验装置，任务之艰巨是难以想象的，从此，李远哲开始没日没夜地工作。他经常是白天到工厂同技术员讨论，到车间向工人介绍加工要求；晚上在办公室设计、绘图，还要不断地改进部件，修正图纸。李远哲工作认真严格，对实验装置的每一个小部件都精益求精。在这一段时间里，李远哲废寝忘食，夜以继日，脑子里只有实验装置。提起这段艰苦的日子，他对人说：“那一年，整整的一年中没有一天睡足6个小时，很辛苦的！但是，我们终于把分子束碰撞的实验仪器做出来了。”
经过近一年艰苦卓绝的奋战，李远哲完成了设计、加工、安装、调试等一系列工作，建立起世界上第一台通用型交叉分子束实验装置，并一次装机成功。他巧妙地综合了超音速喷管、分级抽真空、电子轰击型四级质谱，可转动的检测系统以及时间飞渡谱技术，使他研制的分子速能够选定物的平动能，在单一碰撞条件下，测出反应散射产物的角分布与速度分布。这部仪器共有八层抽气装置，一个大气压射进去，检测器里的压力是10－11大气压，而分压力下降到10－15大气压，克服了背景大、信号小的毛病。同时由于他采用了质谱作为检测器，通用性强，能够研究各类分子反应，把交叉分子技术提高到一个新的高度。原先的分子束仪器只能用来研究物理上的碰撞问题，而李远哲设计制造的这部分子束装置，能够准确地捕捉到化学反应中分子的真正状态和反应的真实过程，从而为化学研究开创了新领域。而且，他还用自己设计的这部仪器考察了氟和氘的反应，直接得到了产物分子的振动能量分布，被称为“划时代的实验”。这时，李远哲32岁。
这项成果公布之后，在化学界引起极大的震动。赫希巴赫教授对李远哲的工作极为赞赏，给予极高的评价。每次谈起分子束碰撞仪，赫希巴赫就大发感叹说：“这么复杂的仪器，大概只有中国人才能做出来。”
赫希巴赫称赞李远哲是“惊人的实验天才”，“物理化学界的莫扎特”。
莫扎特是18世纪奥地利著名的音乐家，维也纳古典乐派代表人物之一。他在古今音乐大师中是无与伦比的“音乐神童”：3岁开始学钢琴和小提琴；6岁随父在英、法、德等国演出，轰动全欧；8岁写出第一部交响乐曲。在35年的短暂一生中写了600多部音乐作品，对世界音乐界产生了巨大影响。赫希巴赫把李远哲喻为莫扎特，是推崇李远哲在物理化学领域作出的巨大贡献。
是的，物理化学界的莫扎特出现了，那么他一定会谱写出壮丽辉煌的物理化学乐章。
4．在芝加哥大学
李远哲完成世界上第一台大型交叉分子束实验装置的实验的消息在美国科学界不胫而走。这个高高瘦瘦、清秀的脸上架着一副眼镜的中国青年不仅赢得了青年学子的钦敬目光，也成了许多名校注目的知名学者。芝加哥大学有意聘请李远哲到他们那里做研究工作，便先请李远哲去作了一次学术报告。报告引起了台下师生一次又一次的掌声，校方与化学系主任很满意，于是决定聘请他。
对于聘请，李远哲向芝加哥大学化学系主任提出了自己的条件：“如果我到芝加哥大学去，你们能够给我提供多大的实验室？能提供多少经费让我做研究工作？如果我做一个很大的实验装置，会需要很大一笔钱，你们能给吗？”
系主任回答得非常爽快：“我们没有在事先决定给多少钱的习惯。”李远哲很奇怪，别的大学都是一开始就给10万、20万，用来添置设备，做研究经费，为何芝加哥大学没有这种习惯呢？系主任见李远哲困惑的神情，大笑起来，说：“李教授，你不用担心这些事情，学校一定给你最大的帮助。你有什么好的构想，尽管放心大胆地做吧！”
还有什么承诺能比这番话更鼓舞人呢！他决定到芝加哥去。
1968年10月，李远哲接受芝加哥大学化学系和詹姆斯·弗兰克研究所助理教授职位的聘书，告别哈佛大学和赫希巴赫教授，携全家来到芝加哥，在芝加哥大学开始独立从事研究工作。到芝加哥大学，是李远哲在事业上做出的重大战略决策。从此开始了他那最艰巨、最宏伟的乐章，他谈到他的这一决定时说：“我决定在化学动态学方面做一些研究，因为我得到博士学位之后，在哈佛大学做了一年半的化学动态研究，有一点心得，也知道我如果着手这方面研究的话，可以做出很好的工作。”
芝加哥是美国北方的一个城市，冬长夏短。在寒冷的季节里，皑皑白雪把城市装扮成银装素裹的世界，玉树琼花，白楼银厦，一派洁净典雅的北国风光。但是，李远哲却不习惯这里的气候，他一直生活在亚热带地区，不适应寒冷的天气，而芝加哥的冬天极冷，到处是冰天雪地。早上起来上班的时候，李远哲的汽车常常被大雪埋了起来。好不容易用铁铲把积雪铲走了，机器却发动不起来，这才发现汽车油箱被冻住了。惜时如命的李远哲不愿再把时间花在修车上，就只好夹着皮包步行往学校奔。路面滑，李远哲走得快，常常一路摔上好几跤，跑到学校时，往往已成了一个雪人。
李远哲来芝加哥是搞研究干事业的，他不顾这里的环境气候如何，一到芝加哥大学，就开始设计制造一部新的交叉分子束实验装置。刚开始是他一个人干，后来又接受了4位同人，5个人合力进行研究。
李远哲在化学反应动力学领域的研究已日臻成熟，事业开始步入辉煌时期。他在分子束实验方面的研究，很快就得到很多以往科学家无法做出的成果。1970年，他利用惰性气体分子束为实验材料，研究分子之间的作用力，实验做得十分成功，获得了满意的结果。他还开始了对F＋H2（D2＋HD）HF（OF）＋H（D）这个典型的反应进行研究，并进展顺利。
在芝加哥大学的5年多时间里，李远哲不仅实验成果颇丰，还写出重要论文45篇，平均不到50天就有一篇论文发表。由于李远哲卓越的工作实绩和科研成就，1971年10月由助理教授晋升为副教授，1973年1月又升任教授。短短4年时间，就实现了职称晋升上的三级跳。这时，他年仅36岁，在美国大学内，是最年轻的正教授之一。同时，1969年至1971年被聘为《科学工具评论》编委会委员；成为AlfredP．Sloan基金会荣誉会员；1971年至1974年获Camille和HenryDreyfus教育导师奖。李远哲开始成为科学界的明星人物。
