El túnel acelerador de xfel europeo, la instalación donde se midió el pequeño movimiento atómico
Xfel/Heiner Mueller-Elner
Por primera vez, un asombroso poderoso Láser de rayos X ha revelado movimientos atómicos minúsculos en una molécula que de otro modo debería estar perfectamente quieto, si no fuera por el peculiaridades de mecánica cuántica.
La física cuántica aborrece la quietud. Esto se debe a que Heisenberg principio de incertidumbre prohíbe a los investigadores que midan simultáneamente y con precisión la posición y el impulso de una partícula. Esto significa que una partícula cuántica no puede ser completamente inmóvil, porque en ese escenario, tanto su posición como su impulso se conocerían con demasiada precisión. En cambio, incluso cuando los átomos tienen muy poca energía, están condenados a desconectarse perpetuamente, aunque muy ligeramente.
Pero en moléculas complejas, donde los átomos se mueven de varias maneras, medir esta pequeña jiggle Heisenberg es extremadamente difícil. Ahora, Hasta jahnke En el XFEL europeo, una instalación láser en Alemania y sus colegas lo han capturado en una molécula hecha de 11 átomos de carbono, hidrógeno, nitrógeno y yodo.
“Este fue un primer experimento de su tipo” porque usó herramientas únicas, dice Jahnke. El instrumento crucial, dice, fue la “bestia de un láser” que abarrotó moléculas con ráfagas de poderosas radiografías. Los pulsos fueron solo cuadrillonésimas de un segundo largo, pero fueron un millón de miles de millones de veces más brillantes que las radiografías utilizadas en la medicina.
Cada estallido de rayos X arrancó electrones de la molécula. Esto hizo que sus átomos sean positivamente cargados, por lo que se repelieron explosivamente entre sí. Al examinar las secuelas de estas explosiones, los investigadores podrían reconstruir las fluctuaciones cuánticas de los átomos en su energía más baja, con detalle sin precedentes.
Específicamente, el equipo descubrió que la jiggle de Heisenberg parece seguir una coreografía, donde se sincronizan los movimientos de algunos átomos. Esto no fue totalmente inesperado, y podría predecirse por el estructura de la molécula. Pero los investigadores se sorprendieron por lo bien que podían medirlo, dice miembro del equipo Holgazán en el sincrotrón de electrones alemán.
A continuación, los investigadores quieren estudiar cómo las fluctuaciones cuánticas afectan el comportamiento de las moléculas durante reacciones químicas. También planean adaptar su método para ver cómo se sacuden los electrones.
“Estamos investigando formas de generalizar esto a sistemas más grandes. Hay muchas instrucciones abiertas para futuras investigaciones”, dice el miembro del equipo Rebecca Bolltambién en el xfel europeo.
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