Исследователям из Института ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге впервые удалось проследить за квантовыми колебаниями и вращением атомов в молекуле тяжелого водорода, состоящей из пары атомов дейтерия. Атомы в этой молекуле колеблются так часто и они такие мелкие, что ни одна из существующих технологий микроскопии не позволяет за ними уследить. Поэтому ученым пришлось изобрести новый хитроумный метод, чтобы косвенно увидеть, что же в ней происходит.

Молекулу, находящуюся в основном невозбужденном квантовом состоянии, обстреляли парой лазерных импульсов длительностью 6—7 фемтосекунд, разделенных промежутком всего в 0,3 фемтосекунды. Первый импульс отрывал от молекулы электрон и превращал ее в положительно заряженный ион, одновременно заставляя вращаться. В ответ на возмущение ядра дейтерия начинали двигаться, чтобы занять новое положение равновесия. И в этот миг следующий лазерный импульс отрывал от иона второй и последний электрон, заставляя молекулу «взорваться» за счет отталкивания положительно заряженных ядер. Ядра разлетались, и по их следам можно было определить, на каком расстоянии были ядра в молекуле в момент взрыва. Ведь чем ближе друг к другу находились ядра, тем сильнее они отталкивались и тем быстрее разлетались. «Взрывая» молекулу много раз с разным промежутком между импульсами, ученым удалось восстановить квантовую картину колебаний и вращения ядер в молекуле.

Такая разрушительная «взрывная» микроскопия обладает беспрецедентным пространственным и временным разрешением. С ее помощью ученые собираются изучать более сложные молекулы, следить за протеканием химических реакций, управлять квантовыми процессами… К новой серии экспериментов с молекулой метана исследователи уже приступили. ГА