Кинокадры длиной в фемтосекунды
Электроны, участвующие в химической реакции, впервые удалось заснять на камеру. Для понимания важности: именно такие сверхбыстрые движения лежат в основе множества химических и биологических процессов.
Дата публикации: 11 августа, 00:30
Съёмку провели исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) с помощью рентгеновского лазера LCLS. Им удалось зафиксировать сверхбыстрое движение электронов во время химической реакции, причём впервые события были записаны на аттосекундном и фемтосекундном временных масштабах. Для этого использовались два синхронизированных рентгеновских импульса: так получилось замедленное кино с десятью временными метками в пределах первых десяти фемтосекунд.
Почему это важно
В течение первой фемтосекунды исследователи зарегистрировали распад Костера-Кронига, который ранее существовал только в теории. Этот процесс важен тем, что возникающие при нём низкоэнергетические электроны способны вызывать радиационные повреждения биологических структур и разрывы цепей ДНК. Кроме того, учёные проследили, как электронная дырка движется по молекулярной структуре под воздействием квантовой когерентности.
«Экспериментальная проверка квантовых моделей открывает пути к точному прогнозированию и, возможно, к управлению химическими реакциями на атомном уровне», — отметил Таран Драйвер, ведущий научный сотрудник SLAC.
Эксперимент показывает, насколько продвинулось изучение динамики электронов, и может сказаться на развитии технологий в материаловедении и медицине. Понимание механизмов на атомном уровне способно помочь при создании новых материалов с улучшенными свойствами и при разработке более эффективных методов лечения, в частности в онкологии, где контроль электронных процессов позволит снизить ущерб для здоровых клеток. Отдельно подчёркивается значимость междисциплинарных исследований, объединяющих физику, химию и медицину.
Исследование уже называют прорывом в химической физике.
Понимание динамики электронов открывает новые горизонты в физике и химии. Например, физики недавно раскрыли тайны ускорения самой горячей материи во Вселенной, что также может иметь значительное влияние на развитие технологий в различных областях, включая медицину и материаловедение.