科技日報記者 劉霞
在量子世界的微觀舞臺上，分子內的原子正跳著永不謝幕的“舞蹈”。德國法蘭克福大學研究團隊利用位于德國漢堡的X射線自由電子激光器（XFEL）發(fā)出的全球最強X射線激光，首次成功捕獲分子內部原子在能量最低狀態(tài)下的“協(xié)同舞蹈”，為研究量子現(xiàn)象提供了全新見解。相關成果發(fā)表于最新一期《科學》雜志。
即便在接近絕對零度的環(huán)境中，分子內部的原子也不會停止運動。這些由量子力學支配的“零點運動”，長期以來被認為是不可觀測的量子現(xiàn)象。如今，XFEL打破了這一認知壁壘。
研究團隊采用了庫侖爆炸成像技術。該技術通過剝離分子中的電子使其發(fā)生碎裂，并進一步探測碎片動量以獲得分子結構信息。當高強度X射線脈沖轟擊含11個原子的碘吡啶分子時，分子內部的電子被迅速剝離，分子瞬間“綻放”成多個帶電原子碎片。隨后，研究團隊用自制的冷靶反沖離子動量譜儀精確記錄了每個碎片的運動速度、方向和能量分布等信息，由此重建出分子結構的動態(tài)影像。
借助這一方法，不僅能看到單個原子的振動，更發(fā)現(xiàn)它們遵循特定的模式以耦合方式振動。此外，不同分子內的原子展示出不同的“舞蹈”。對于雙原子分子來說，其內部原子的振動如同簡單的“雙人舞”。而中等分子則演變成復雜的“舞蹈”。觀測結果顯示，碘吡啶內原子的27種振動模式構成的“量子之舞”，完全顛覆了經(jīng)典物理學的預測。
研究團隊介紹說，電子的“舞步”要快得多，也會受到原子運動的影響，目前，他們正著手升級觀測技術以捕捉電子的“舞蹈”。他們希望最終可制作出完整而清晰的分子運動“紀錄片”，從而揭開更多量子世界的奧秘。
