Hình ảnh 3D tiết lộ điệu nhảy nguyên tử ngay trước khoảnh khắc phân tử phát nổ

Các nhà khoa học tại European XFEL gần Hamburg lần đầu tiên đã trực tiếp quan sát được chuyển động điểm không lượng tử — những dao động nhỏ nhất vốn có của nguyên tử — trong một phân tử phức tạp ngay trước khi nó phát nổ. Bằng cách sử dụng các xung tia X cường độ cao và siêu ngắn để ion hóa phân tử 2-iodopyridine, nhóm nghiên cứu đã khiến phân tử này vỡ thành các mảnh tích điện. Bằng cách theo dõi các mảnh vỡ này với kính hiển vi phản ứng gọi là COLTRIMS, thiết bị ghi lại quỹ đạo các hạt trên thang thời gian femtosecond, các nhà nghiên cứu đã tái tạo bản đồ ba chiều về hình dạng và chuyển động nguyên tử bên trong phân tử tại thời điểm phân rã. Hướng của các mảnh vỡ quan sát được tiết lộ những biến dạng tinh tế không phù hợp với hình học phân tử phẳng cổ điển, cho thấy sự rung động lượng tử phối hợp thay vì dao động nhiệt ngẫu nhiên. Thí nghiệm đã chứng minh rằng vật lý cổ điển đơn thuần không thể giải thích dữ liệu; chỉ các mô hình cơ học lượng tử mới phù hợp với các quan sát, xác nhận sự tồn tại của các dao động lượng tử có tính kết hợp trong cấu trúc phân tử. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp thống kê để tái tạo hình học phân tử hoàn chỉnh từ dữ liệu mảnh vỡ một phần, cho phép một phân tích chi tiết hơn.