Представете си, че се опитвате да заснемете събитие, което трае само 125 трилионна част от секундата. За това отдавна мечтаят молекулярните физици и накрая изглежда, че са достигнали целта си.
Използвайки прецизно настроени импулси от лазерна светлина, международен екип от учени от четири различни институции успя да заснеме свръхбързото въртене на молекула.
„Записахме молекулен филм с висока разделителна способност на ултрабързото въртене на карбонилсулфид (OCS) като пилотен проект“, разказва молекулярният физик Евангелос Карамакос (Evangelos Karamatskos) от DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), най-големият ускорител в Германия.
„Нивото на детайлност, което успяхме да постигнем, показва, че нашият метод може да се използва за създаване на обучаващи филми за динамиката на други процеси и молекули.“
Видеото по-долу е сглобено от 651 изображения, за да обхване едно и половина завъртания на карбонилсулфидната молекула. Крайният продукт е 125 пикосекунден филм на молекулата, забавен, за да може да се възприеме от човешкото око.
Не може да отречете красотата му, но снимките са още по-великолепни, когато разберете какво точно гледате.
Когато веществото е в газообразно състояние, молекулите са относително далеч една от друга и следователно могат свободно да се въртят около своите оси. Това въртене се подчинява на правилата на квантовата механика.
Карбонилсулфидът има формата на пръчка, неговата молекула се състои от един кислород, един въглерод и един серен атом и е идеален модел на въртене.
Но ръководителят на изследователския екип, физикът Йохен Кюпър (Jochen Küpper), коментира, че нещата са по-сложни.
„Процесите, които виждаме тук, се управляват от квантовата механика. В този мащаб много малки обекти, като атоми и молекули, се държат по различен начин от обикновените обекти в нашата среда “, обяснява Кюпър, който работи в Хамбургския университет и DESY.
„Положението и импулсът на молекулата не могат да бъдат определени едновременно с голяма точност, може само да определите с каква вероятност ще намерите молекула на определено място в определен момент".
Дори когато молекула сочи в няколко посоки едновременно, всяка от тях има различна вероятност според квантовата механика.
„Именно тези области и вероятности експериментирахме в това проучване“, обяснява изследователят Арно Рузе (Arnaud Rouzée) от Института „Макс Борн“ в Берлин.
"От факта, че тези отделни изображения започват да се повтарят след около 82 пикосекунди, можем да определим периода на въртене на молекулата на карбонилсулфида."
За да накарат газовите молекули да се движат в унисон, екипът първо използва два импулса на инфрачервени лазери, прецизно настроени един към друг, така че да пулсират на всеки 38 трилионни части от секундата или на 38 пикосекунди.
Следващата стъпка включва допълнителен лазерен импулс с по-голяма дължина на вълната, който се използва за определяне позицията на молекулите на интервали от около 0,2 трилионни части от секунда.
Целият процес е трудоемък, тъй като този последен импулс разрушава молекулите. По този начин всеки кадър представлява отделен експеримент, започващ отначало.
Авторите се надяват, че тяхната нова техника може да ни помогне да изучим други молекули и процеси, като вътрешното усукване в молекулите или хиралните съединения, които са съединения, които съществуват в две форми, всяка от които е огледален образ на другата.
„Освен това много високата степен на подравняване, постигната тук, би била изключително полезна за изследвания в областта на стереохимията, както и за експерименти върху визуализацията на молекулните кадри“, заключава групата в своето изследване.
Справка:
Източник: Scientists film molecular rotation, ScienceDaily
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари