Ученые отследили движение электронов в молекулах

Европейским физикам удалось заглянуть в молекулу и увидеть движение электронов. Сложно переоценить значимость этого вклада в науку.

Знание о том, как двигаются электроны внутри молекул, поможет нам глубже понять процессы, происходящие во время химических реакций.

Исследование представленное в журнале Nature, было поддержано тремя европейскими проектами.

Команде физиков, которую возглавил профессор Марк Враккинг (Marc Vrakking), руководитель института нелинейной оптики и спектроскопиии малых импульсов имени Макса Борна (Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy) в Германии, с помощью аттосекундных лазерных импульсов, удалось заглянуть в молекулу. В прошлом ученым не удавалось наблюдать за движением из-за чрезвычайно большой скорости электронов.

Аттосекунда - это одна миллиардная одной миллиардной секунды. В течении одной аттосекунды, свет проходит расстояние равное менее чем 1 миллиардной миллиметра. Это равнозначно размеру небольшой молекулы. Поэтому создав аттосекундные лазерные импульсы, ученые могут делать "фотографии" движения электронов внутри молекул.

В данном исследовании ученые использовали молекулу водорода (Н2) с двумя протонами и двумя электронами, поскольку, по словам экспертов, Н2 - "простейшая молекула". Команда использовала свой аттосекундный лазер для наблюдения за процессом ионизации молекулы водорода. Во время этого процесса, один электрон удаляется из молекулы, в то время как изменяется энергетический статус другого электрона.

"Этот эксперимент доказал принципиальную возможность наблюдения за движениями электронов в молекулах с помощью аттосекундного лазера", - пояснил профессор Враккинг. "Сначала мы облучили молекулу водорода аттосекундным лазерным импульсом. Это привело к извлечению электрона из молекулы - молекула была ионизирована. В дополнение к этому, мы разделили молекулу на две части с помощью инфракрасного лазерного луча, который действовал по принципу крошечных ножниц", - добавил он. "Это позволило нам изучить, как распределялся заряд между двумя фрагментами - поскольку один из электронов отсутствует, один из фрагментов будет заряжен нейтрально, а другой положительно. Мы знали, что оставшийся электрон находился в нейтрально заряженной части".

В течении последних тридцати лет, ученые пользовались фемтосекундными лазерами, чтобы смотреть на молекулы и атомы. Фемтосекунда - это одна миллионная одной миллиардной секунды, что в 1000 раз медленнее аттосекунды. Использование фемтосекундных лазеров вполне позволяло отслеживать движение молекул и атомов.

Ученые усовершенствовали эту технологию, разработав аттосекундный лазер, который доказал свою практичность для множества исследований в области естественных наук, включая исследование описанное здесь.

Профессор Враккинг заключил: "Мы пока еще не достигли решения проблемы, хотя очень на это надеялись. Напротив, мы всего лишь приоткрыли дверь. Но на самом деле, это делает этот проект еще более важным и интересным".