Ученые впервые сняли движение электронов внутри молекулы во время химической реакции

Исследователи из лаборатории SLAC использовали сверхбыстрые импульсы рентгеновского лазера, чтобы проследить за движением электронов в первые мгновения химической реакции. Полученный «молекулярный фильм» показывает процессы, происходящие еще до того, как начинают перестраиваться химические связи.

Ученые впервые сняли движение электронов внутри молекулы во время химической реакции

Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США смогли непосредственно проследить за движением электронов внутри молекулы на чрезвычайно малых временных масштабах. Для этого исследователи использовали рентгеновский лазер Linac Coherent Light Source (LCLS).

Химические реакции кажутся практически мгновенными, однако на атомном уровне им предшествует последовательность процессов продолжительностью в фемто- и аттосекунды. Именно движение электронов в конечном счете определяет, какие химические связи разрушатся и какие появятся вместо них, но непосредственно наблюдать за этой начальной стадией реакции до сих пор было крайне сложно.

В новом эксперименте ученые использовали два точно синхронизированных рентгеновских импульса. Первый выбивал электрон из молекулы и запускал процесс ионизации, а второй спустя заданный промежуток времени фиксировал состояние оставшихся электронов. Постепенно изменяя задержку между импульсами, исследователи получили десять временных срезов первых десяти фемтосекунд реакции и собрали их в своеобразный молекулярный «фильм».

Особенно важные изменения произошли уже в течение первой фемтосекунды. После удаления первоначального электрона молекула быстро перешла в другое состояние и выбросила еще один электрон с меньшей энергией в ходе процесса, известного как распад Костера — Кронига. Ранее этот механизм был хорошо известен физикам, однако теперь ученым удалось непосредственно проследить за его развитием в естественном временном масштабе.

Исследователи также увидели движение оставшейся после электрона «дыры» по молекуле. По мнению команды, этот процесс связан с квантовой когерентностью и способен влиять на дальнейшее развитие реакции. Примерно через 10 фемтосекунд последствия первоначального движения электронов уже начинают проявляться в изменениях молекулярной структуры.

В перспективе подобные эксперименты позволят лучше понять, как именно движение электронов управляет химическими реакциями. Это может оказаться полезно не только для фундаментальной химии, но и для изучения воздействия высокоэнергетического излучения на вещество и биологические молекулы, поскольку возникающие при таких процессах низкоэнергетические электроны способны участвовать в радиационном повреждении ДНК.

Читайте также

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов

Учёные создали татуировки, которые можно включать, выключать и менять с помощью света

Учёные создали татуировки, которые можно включать, выключать и менять с помощью света

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Водяные облака обнаружили впервые за пределами Солнечной системы

Водяные облака обнаружили впервые за пределами Солнечной системы

Apple готовит iPhone без рамок и кнопок, но технология Samsung пока не позволяет его создать

Apple готовит iPhone без рамок и кнопок, но технология Samsung пока не позволяет его создать

На PlayStation 5 научились запускать игры с дисков PS2 — с поддержкой 4K и улучшенной графики

На PlayStation 5 научились запускать игры с дисков PS2 — с поддержкой 4K и улучшенной графики

Астрономы не нашли планеты-гиганты у двух соседних звёзд, но надежда обнаружить обитаемые миры осталась

Астрономы не нашли планеты-гиганты у двух соседних звёзд, но надежда обнаружить обитаемые миры осталась