Крошечный квант молекулы, изображенные в беспрецедентных деталях

Впервые потрясающе мощный Рентгеновский лазер выявил крошечные атомные движения в молекуле, которая в противном случае должна быть совершенно неподвижна – если бы не для причуды квантовой механикиПолем

Квантовая физика ненавидит неподвижность. Это потому, что Гейзенберг Принцип неопределенности запрещает исследователям одновременно и точно измеряя положение частицы и импульс. Это означает, что квантовая частица не может быть полностью неподвижной, потому что в этом сценарии как ее положение, так и импульс будут известны слишком точно. Вместо этого, даже когда атомы имеют очень мало энергии, они приговорены к постоянно показывать, хотя и очень немного.

Но в сложных молекулах, где атомы движутся различными способами, измерять этот крошечный поката Хейзенберга очень сложно. Сейчас, Джанке В европейском Xfel, лазерном объекте в Германии, его коллеги захватили его в молекуле, изготовленной из 11 атомов углерода, водорода, азота и йода.

«Это был первый в своем роде эксперимент», потому что он использовал уникальные инструменты, говорит Джанке. По его словам, важнейшим инструментом был «зверь лазера», который обгорел молекулы со всплесками мощных рентгеновских лучей. Импульсы составляли лишь четырехлепию второй длиной, но они были в миллион миллиардов раз ярче, чем рентгеновские снимки, используемые в медицине.

Каждый рентгеновский взрыв вырвал электроны от молекулы. Это сделало свои атомы положительно заряженными, поэтому они взрывоизвенно отразили друг друга. Изучив последствия этих взрывов, исследователи могли бы реконструировать квантовые колебания атомов при их самой низкой энергии – в беспрецедентных деталях.

В частности, команда обнаружила, что поката Хейзенберга, кажется, следует хореографии, где синхронизируются движения некоторых атомов. Это не было совершенно неожиданно, и могло быть предсказано из Структура молекулыПолем Но исследователи были удивлены тем, насколько хорошо они могли это измерить, говорит член команды Ludger In Хестер На немецком электронном синхротроне.

Затем исследователи хотят изучить, как квантовые колебания влияют на поведение молекул во время химические реакцииПолем Они также планируют адаптировать свой метод, чтобы увидеть, как электроны покачиваются.

«Мы исследуем способы обобщения этого для более крупных систем. Есть много открытых направлений для дальнейших исследований», – говорит член команды Ребекка Боллтакже в европейском Xfel.