Химия, как правило, показывает только начало и конец реакций, но что происходит между ними, оставалось тайной. Исследователи из Шанхайского университета Цзяо Тун сделали настоящий прорыв: они смогли наблюдать, как электроны и атомные ядра одновременно движутся во время разрыва молекулы.
Используя сверхбыструю электронную дифракцию, ученые получили возможность «увидеть» изменения электронных орбиталей и движение атомов в реальном пространстве и времени. Для эксперимента они взяли простую, но информативную молекулу аммиака (NH₃). Короткий лазерный импульс возбуждал электрон, что вызывало изгиб молекулы и отделение атома водорода от азота — так называемое движение «зонтика».
Далее пучок высокоэнергетических электронов проходил через возбужденные молекулы и фиксировал рассеянный сигнал. Особая методика анализа (функция распределения зарядов) позволила отделить и визуализировать одновременно три типа взаимодействий: между ядрами, между электронами и ядрами, а также между электронами. Это дало полную картину того, как электроны перетекают, а атомы реагируют на возбуждение.
«Мы впервые смогли наблюдать динамику валентных электронов и водородных атомов одновременно, в реальном времени и пространстве», — отметил профессор Дао Сян, руководитель исследования.
Этот прорыв меняет представление о химии: атомы больше не рассматривают как статичные объекты, а как активных участников реакций. В будущем это позволит точнее моделировать механизмы химических реакций, понять перераспределение энергии и квантовые эффекты в молекулах.