Innerhalb eines Moleküls: neues Bild zeigt überraschende Physik
Um ein gutes Bild eines Moleküls zu erhalten, müssen Sie es zu explodieren. Auf diese Weise hat ein internationales Team von Forschern die klarste Momentaufnahme noch der eines tinier Gebilde der Natur gemacht.
Das neue Bild zeigt einige überraschende kleine Physik.
"Sie können nicht in ein Molekül fühlen", erklärt Thorsten Weber vom Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL). Stattdessen muss"man es explodieren und dann Strecke zurück, wo die Dinge herkommen lassen."
Weber und seine Kollegen verwendet die Advanced Light Source am LBNL als einen Kamerablitz. Diese High-Power, gepulste Laserstrahl Streifen negativ geladene Elektronen aus Molekülen. Ohne die Elektronen tendenziell das Molekül positiv geladenen Kerne auseinander fliegen.
Weber im Vergleich des Laserstrahls zu einem scharfen Messer, die die Anleihen eines Moleküls zu scheren, damit es sauber ohne zu entwirren zu viel der ursprünglichen Informationen. Es gibt andere Wege, um Moleküle zu sondieren, die eher wie mit dem Hammer auf.
Bewegung-Mikroskop
Die Forscher schneiden offene Deuterium Moleküle. Deuterium ist eine schwere Form von Wasserstoff, mit einem Kern ein Neutron und ein Proton. Zwei dieser Kerne - getrennt durch eine kurze Strecke und umgeben von zwei Elektronen - bilden ein Molekül.
Die Elektronen und Kerne können getrennt voneinander durch die Wirkung des Lasers gezogen werden. Im Inneren des Experiments Dynamik Spektrometer führt eine Konfiguration von elektrischen und magnetischen Feldern die befreiten Partikel Detektoren, die wie der Film von der Kamera zu agieren.
"Die Herausforderung ist, dass musst du vier Teilchen gleichzeitig zu messen", sagte Weber LiveScience. Sein Team Spektrometer ist eine Verbesserung gegenüber früheren Set-ups, dass Teilchen egal in welche Richtung erfasst, die sie fliegen.
Durch die Flugbahnen der molekularen Schrapnell zu rekonstruieren, um festzustellen, welche das Molekül aussah, konnten die Wissenschaftler, insbesondere, wie Dinge bewegten sich in seinem Inneren, vor der Laser-Hit.
"Wir wissen, dass nichts in der Welt still steht", sagte Weber. "Unser Spektrometer ist ein Mikroskop der Bewegung."
Überraschung im Inneren
Sehen die innere Dynamik des Moleküls mit solchen Details offenbart eine Überraschung. Wie in der jüngsten Ausgabe der Naturbeschrieben, Webers Team gefunden, dass der Abstand zwischen der Kerne in einer Weise, die nicht Vorhersagen der Theorie die Bewegung der beiden Elektronen abhängig.
Weber erklärte, dass die Theoretiker, die Moleküle zu studieren haben Annäherungen zu machen, beim Umgang mit mehr als zwei Teilchen - sonst gibt es einfach zu viel zu berechnen. Die Tatsache, das ein unerwartetes Ergebnis tauchte in der relativ einfachen Deuterium-Molekül kann bedeuten, dass einige dieser theoretischen Annahmen unter erhöhte Nachforschung kommen können.
Die chemischen Eigenschaften eines Moleküls - wie der Winkel zwischen zwei Anleihen oder die Frequenzen bei denen Licht absorbiert wird - nicht oft direkt vom Grundgesetze abzusehen. Aber Weber meint, dass sein Team Schnappschüsse von der inneren Bewegung der Moleküle die zugrunde liegende Physik entdecken können.
"Wir arbeiten an der Schwelle der Physik und Chemie," sagte er.
Weber und seine Kollegen freuen sich auf mehr biologisch wichtige Moleküle wie Wasser und Kohlendioxid mit ihrer Technik zu erkunden. Mit präziser Bilder sieht Weber eine Zeit, wenn Wissenschaftler nützliche Moleküle für Medizin und Industrie aus dem Boden bis design.