作者格伦达·楚伊，美国国家加速器实验室 科学家们第一次直接看到了光驱动化学反应的第一步
他们在SLAC用x光自由电子激光器捕捉到了当光线照射到一个叫做冠心病的环形分子时，电子分布的几乎瞬间的变化
在30飞秒，或十亿分之一秒的百万分之一秒内，电子云变形为更大、更弥散的电子云，对应于一种受激的电子状态
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 许多光驱动化学反应的第一步，就像为光合作用和人类视觉提供动力的化学反应一样，是分子吸收光能时电子排列的改变
这种微妙的重排为接下来的一切铺平了道路，并决定了反应如何进行
现在，科学家们第一次直接看到了这第一步，观察分子中的任何原子核做出反应之前，分子的电子云是如何膨胀的
虽然这种反应已经在理论上被预测并被间接检测到，但这是第一次在分子电影制作过程中用x光直接成像，其最终目标是观察当化学键形成或断裂时，电子和原子核如何实时反应
布朗大学、爱丁堡大学和能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员今天在《自然通讯》上报道了他们的发现
“在过去的分子电影中，我们已经能够看到原子核在化学反应中是如何运动的，”布朗大学的化学教授、该报告的资深作者彼得·韦伯说
“但是化学键本身是看不见的，它是电子重新分布的结果
现在，观察化学反应过程中化学键变化的大门打开了
" 重要生物反应的模型 这是由1，3-环己二烯(一种从松油中提取的环状分子)主演的系列分子电影中的最新一部
在低压气体中，它的分子自由浮动，易于研究，它是更复杂生物反应的重要模型，就像阳光照射皮肤时产生维生素D一样
在近20年前的研究中，科学家们已经研究了当光线照射到冠心病环上时，它是如何分裂的——首先是用电子衍射技术，最近是用SLAC的“电子照相机”，兆电子伏-UED和x光自由电子激光器，直线加速器相干光源(LCLS)
这些研究和世界各地的其他研究揭示了反应如何进行得越来越细致
科学家们第一次直接看到了光驱动化学反应的第一步
他们在SLAC用x光自由电子激光器捕捉到了当光线照射到一个叫做冠心病的环形分子时，电子分布的几乎瞬间的变化
在30飞秒，或十亿分之一秒的百万分之一秒内，电子云变形为更大、更弥散的电子云，对应于一种受激的电子状态
荣誉:托马斯·斯普利特·斯托塞/科学风格，特里·安德森/美国国家加速器实验室 四年前，来自布朗大学、SLAC大学和爱丁堡大学的研究人员利用LCLS制作了一部冠心病环分离的分子电影，这是有史以来第一部用x光记录的分子电影
这一成就被列为美国能源部国家实验室出现的75项最重要的科学突破之一，其他发现包括脱氧核糖核酸解码和中微子检测
但是之前的实验没有一个能够观察到最初的电子移动步骤，因为没有办法将它与分子原子核更大的运动区分开来
聚光灯下的电子 在这项研究中，由韦伯领导的一个实验小组采取了一种稍微不同的方法:他们用一种波长的激光照射冠心病气体样本，激发分子进入一种相对长时间的状态——200飞秒，或十亿分之一秒的百万分之一——这样他们的电子结构就可以用LCLS X光激光脉冲进行探测
“100多年来，x光散射一直被用来确定物质的结构，”爱丁堡大学高级讲师、该研究的高级合著者亚当·克兰德说，“但这是第一次直接观察到激发态的电子结构
" 所使用的技术被称为非共振x光散射，测量样本中电子的排列，研究小组希望捕捉电子在分子吸收光线时的分布变化
他们的测量证实了这一预期:虽然来自电子的信号很弱，但研究人员能够明确地捕捉到电子云是如何变形为更大、更弥散的云，从而对应于受激电子状态的
在原子核开始运动之前观察这些电子变化是至关重要的
“在化学反应中，原子核会移动，很难从属于化学键形成或断裂的其他部分中分离出那个信号，”物理学博士王海·永说
D
布朗大学的学生，该报告的主要作者
“在这项研究中，原子核位置的变化在那个时间尺度上相对较小，所以我们能够在分子吸收光后立即看到电子的运动
" SLAC大学的高级研究员科学家迈克尔·米尼蒂补充说:“我们正在对这些电子移动和移动进行成像
这为直接和实时观察键断裂和键形成中及其周围的电子运动铺平了道路；从这个意义上说，它类似于摄影
"
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