Науковці вперше зняли рух електронів у хімічній реакції

Дослідники з Національної прискорювальної лабораторії SLAC Міністерства енергетики США зробили прорив у хімічній фізиці. Використовуючи вдосконалений рентгенівський лазер, вони вперше змогли задокументувати, як електрони рухаються всередині молекули під час формування та розриву хімічних зв'язків.

Експеримент проводився на рентгенівському лазері на вільних електронах Linac Coherent Light Source (LCLS). Метод полягав у надсиланні двох синхронізованих рентгенівських імпульсів: перший вибивав електрон із молекули, а другий, після контрольованої затримки, робив знімок стану системи. Регулюючи паузу між спалахами, вчені створили «кіно» з 10 часовими мітками протягом перших 10 фемтосекунд реакції.

Уже в межах першої фемтосекунди вдалося зафіксувати процес релаксації молекули з вибиванням менш енергійного електрона — так званий розпад Костера-Кроніга. Це явище раніше існувало лише в теорії, а тепер його підтвердили експериментально. Важливо, що утворені низькоенергетичні електрони можуть спричиняти радіаційні ураження біологічних структур і розриви ланцюгів ДНК, тому розуміння цього процесу має практичне значення.

Крім того, науковці простежили рух «електронної дірки» — порожнього місця, яке залишає відсутній електрон. Вона мігрувала вздовж усієї молекулярної структури під впливом квантової когерентності. Як зазначив провідний науковий співробітник SLAC Таран Драйвер, експериментальна перевірка таких квантових моделей відкриває шляхи до точного прогнозування та потенційного керування хімічними реакціями на атомному рівні ще до того, як зміни стануть помітними у структурі зв'язків.

Для студентів і батьків це відкриття означає, що хімія та фізика стають дедалі ближчими до розуміння фундаментальних процесів, які лежать в основі всього живого. У майбутньому такі знання можуть допомогти в розробці нових ліків, матеріалів і технологій, що робить ці наукові напрями перспективними для вибору професії.