Мощные лазеры помогли ученым увидеть, как вращается одиночная молекула

Мощные лазеры помогли ученым увидеть, как вращается одиночная молекула

Новости науки и техники Комментарии к записи Мощные лазеры помогли ученым увидеть, как вращается одиночная молекула отключены

Датские и немецкие физики впервые сняли на видео то, как вращается одиночная молекула, состоящая из трех разных атомов, и сравнили эти наблюдения с предсказаниями теории. Их выводы были опубликованы в журнале Nature Communications.

«Физики давно мечтали, что мы сможем запечатлеть движение атомов в каких-то сверхбыстрых процессах. Сделать это сложно, так как молекулы вращаются совсем не так, как это делает набор из шариков и палочек. Их движением управляют законы квантовой механики — положение и импульс каждого атома нельзя точно измерить», — объясняет Йохен Кюппер (Jochen Kuepper) из Гамбургского университета (Германия).

В последние годы, благодаря постройке мощных рентгеновских лазеров, способных вырабатывать пучки света с огромной скоростью, ученые смогли заглянуть в самые далекие глубины мира молекул и элементарных частиц. К примеру, в начале этого десятилетия они получили первые «атомные» фотографии вирусов и белков.

В последующие годы физики смогли снять химическую реакцию на видео, сфотографировать электроны внутри алмаза, а также получить первые фотоснимки одиночной водородной связи, играющей ключевую роль в формировании белковых молекул, ДНК и других «молекул жизни».

Все эти достижения, как отмечает Кюппер, не позволяли ученым решить более простую задачу – увидеть то, как вращается молекула и меняет свою структуру в ходе взаимодействий с соседями или во время простых химических реакций. Этому мешало то, что рентгеновские лазеры разрушают изучаемую молекулу практически сразу после того, как импульс света пролетает через нее.

Немецкие физики нашли остроумное решение для этой проблемы, используя не одну, а несколько сотен молекул, два разных типа лазеров, а также определенные закономерности квантовой механики, упростившие им задачу.

В качестве первого «подопытного» ученые избрали сульфоксид углерода – вещество, состоящее из атомов углерода, серы и кислорода, соединенных прочными ковалентными связями. Подготовив облако из подобных молекул, физики пропустили через него два очень коротких импульса инфракрасного лазера.

Пауза между этими вспышками света была подобрана таким образом, что она была короче, чем тот промежуток времени, которое сульфоксид углерода тратит на совершение одного оборота вокруг своей оси. Благодаря этому, вращение всех молекул, через которые проходили обе вспышки света, синхронизировалось под действием принципов квантовой механики.

Это позволило ученым получить набор из фактически одинаковых молекул, каждую из которых они обстреливали второй, более мощной вспышкой света, позволявшей им увидеть это вещество, но разрушавшей его при контакте.

«Подсвечивая» каждую копию сульфоксида углерода в «пачке», физики смогли получить короткое видео из 650 кадров, на котором можно увидеть то, как эта молекула совершает полтора оборота вокруг своей оси. На один такой оборот, как показали ученые, она тратит 82 пикосекунды, триллионных долей секунды.

В целом, результаты этого эксперимента полностью совпали с результатами компьютерных расчетов. Это говорит о том, что физики достаточно хорошо понимают то, как устроены молекулы и какие законы мироздания управляют их вращением.

В ближайшее время Кюппер и его команда планируют применить эту методику для изучения различных «закрученных» молекул, чья форма влияет на характер их взаимодействий с другими веществами. Яркий пример этого – аминокислоты и сахара в нашем теле, присутствующие в нем в исключительно «правой» и «левой» конфигурации.

Источник: https://ria.ru/20190729/1556966223.html

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top