INRS国家科学研究所 信用:Pixabay/CC0公共域 在分子水平上实时观察化学反应是实验化学物理的中心主题
一个国际研究小组首次捕捉到了漫游的分子片段
这项工作是在INRS国家科学研究所副研究员海德·易卜拉欣的监督下完成的，发表在《科学》杂志上
INRS能源和电信研究中心的研究小组在弗朗索瓦·莱加雷教授的支持下，使用了先进的激光光源(ALLS)
他们通过研究甲醛H2CO的光解离，在一次化学反应中成功拍摄了第一张分子膜“漫游者”——在这种情况下是氢碎片——围绕HCO碎片旋转
分子公路旅行 “我们在这个新发现中看到的是，就像在公路旅行中一样，最终目标在开始时并不为人所知，道路也不总是直截了当的
“总的来说，分子和人类一样，遵循从A点到B点的最容易的路径，以尽量减少消耗的能量，”海德·易卜拉欣解释道
“然而，有时旅行者可能会决定绕道而行
“显然，分子碎片也是如此
这个过程被称为漫游，2004年首次在甲醛分子中发现
从那以后，在许多分子系统中检测到了被称为漫游片段的间接痕迹
然而，直到最近
易卜拉欣的团队已经能够“一路上抓住他们”，并实时捕获他们
这是迄今为止首次直接观察到的难以捉摸的漫游现象
“这就好像，在发现恐龙脚印后，发现了一部展示它们游荡的电影，”研究人员说
绘制片段 除了漫游，还有传统的离解，其中分子在超短紫外激光脉冲的激发下分裂成碎片
片段可以通过直接途径(解离)或间接途径(漫游)到达相同的最终产物
“要进行这项工作，不能简单地等待一个碎片到达终点线，因为这不能提供任何关于它所经历的动态的信息
就好像旅行是在没有全球定位系统的情况下完成的，我们无法重走旅行者走过的路线，”海德·易卜拉欣说
为了纠正这一点，该小组找到了一种方法，通过在路线上设置检查点来确定哪个片段遵循哪个路径；这些有点像信号塔，允许信号在路线上的特定点被激活
实验中的众多挑战之一与这些未决定分子的信号在统计上出现的事实有关
想象一下，你想给一个在路上的旅行者拍一张照片，但是你只有这条路的名字，他可能会在一周的任何时候经过
更难的是，实验信号的速度非常快(100飞秒，或100亿次小于1毫秒)，同时在时间上延伸了几个数量级
该研究的第一作者远藤友之(Tomoyuki Endo)曾是INRS的博士后，现就职于关西光子科学研究所(Japan)，他利用一种名为时间分辨库仑爆炸成像(CEI)的技术跟踪“漫游者”
迈克尔·舒尔曼(渥太华国家研究委员会)、保罗·休斯顿(美国伊萨卡康奈尔大学
S
)和乔尔·鲍曼(美国亚特兰大埃默里大学
S
)在所有关键实验阶段都提供了高水平的理论支持
“结果表明，时间分辨CEI可以超越相干分子动力学成像——在这里，我们使用传统的桌面超快激光器遵循统计过程，”进行实验的ALLS实验室主任莱加雷教授说
“在不久的将来，由于高重复率激光系统的进步，研究更复杂的分子将成为可能
" 海德·易卜拉欣说:“尽管漫游仍然是一个难以理解的过程，很难把握，但这一科学突破提供了如何测量它的洞察力，以及面对破坏性背景信号时需要高度敏感检测的其他统计过程。”
“最终，这可能只是通往大自然秘密的另一段曲折旅程的开始；漫游是一个过程，其在环境和大气化学中的作用仅仅处于被理解的开始
"
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