Вероятностная природа квантовой механики отражает, в том числе, и тот факт, что у современной науки нет инструментов, позволяющих точно измерить параметры действительно маленьких физических систем (молекул, атомов, их ядер и т.д.). Да и параметры больших классических систем точно измерить невозможно, просто для них ошибка измерения не играет такой большой роли как для систем квантовых. Чтобы учесть эту проблему, в квантовую теорию изначально заложили концепцию вероятностной «размытости» этих параметров, когда речь идет не о точном значении величины, а о некотором диапазоне значений.
Тем не менее, такой взгляд на вещи совсем не означает, что ученые перестали улучшать методы наблюдения за микромиром. Более того, способ заглядывать в микромир стал этаким Святым Граалем. В результате поисков ученые получили массу методик, которые позволяют наблюдать за квантовыми системами непрямыми способами, но метода, который действительно позволяет впрямую наблюдать за квантовой системой и однозначно трактовать процессы в ней, до сих пор нет.
Одной из попыток прямого наблюдения за процессам внутри молекул можно смело назвать работу в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стенфорде, где при помощи высокоскоростной «электронной камеры» и ультрабыстрой дифракции (рассеянии) электронов на образце ученым удалось одновременно фиксировать движение и электронов, и ядер.
Эта методика является развитием предыдущих исследований, когда исследователи научились записывать возникающее в ходе физического процесса движение атомных ядер, принадлежащих молекулам. Но до последнего времени точности приборов не хватало, чтобы зарегистрировать соответствующие изменения электронных облаков в молекулах.
В качестве площадки для исследований ученые выбрали кольцеобразную молекулу пиридина. Это вещество играет большую роль в процессах преобразования энергии света в химические связи, таких как повреждение и восстановление ДНК под действием ультрафиолета, фотосинтез и многое другое. Такой тип процессов очень сложен для изучения, потому что поглощение света молекулами происходит практически мгновенно. Поэтому для их исследования очень полезной оказывается методика, позволяющая ученым отслеживать изменения системы с точностью до фемтосекунды – миллионной доли миллиардной доли секунды.
В начале эксперимента ученые облучили газ из молекул пиридина лазерным лучом. В результате молекулы газа перешли в возбужденное состояние. После чего в газ направили импульсные потоки высокоэнергетичных электронов, которые начали сталкиваться с молекулами. И вот характеристики этих рассеянных молекулами электронов и зафиксировали при помощи высокоскоростной «электронной камеры», что позволило собрать данные о динамике структурных изменений в молекуле.
Если предыдущая экспериментальная установка позволяла наблюдать только то, как атом азота в молекуле пиридина изгибался вверх и вниз под действием света, то теперь получилось увидеть и изменения электронной плотности, происходящие в то же самое время.
В общем, очень интересный результат. Новая методика может в будущем позволить ученым получать более точную картину поведения молекул, а значит, улучшить модели квантовой химии и создать основу для будущих теоретических и вычислительных методов.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
