«Квантовая механика описывает, как весь этот материал работает», сказал Пол Хокетт из Национального исследовательского совета Канады. «Но как только Вы идете вне проблемы с двумя телами, Вы не можете решить уравнения». Так, физики должны полагаться на компьютерные моделирования и эксперименты.
Теперь, он и международная команда исследователей из Канады, Великобритании и Германии развивали новую экспериментальную технику, чтобы взять 3D изображения молекул в действии. Этот инструмент, он сказал, может помочь ученым лучше понять квантовую механику, лежащую в основе больших и более сложных молекул.
Новый метод, описанный в Журнале Химической Физики, от AIP Publishing, объединяет две технологии. Первой является камера, разработанная в Оксфордском университете, названном Масс-спектрометрией Пиксельного Отображения (PImMS) камера.
Вторым является вакуумный источник ультрафиолетового света фемтосекунды, построенный в NRC femtolabs в Оттаве.Масс-спектрометрия – метод, используемый, чтобы определить неизвестные комплексы и исследовать структуру молекул. В большинстве типов масс-спектрометрии молекула фрагментирована в атомы и меньшие молекулы, которые тогда отделены молекулярной массой. В масс-спектрометрии времени полета, например, электрическое поле ускоряет фрагментированную молекулу.
Скорость тех фрагментов зависит от их массы и обвинения, так чтобы взвесить их, Вы имеете размеры, сколько времени это берет для них, чтобы поразить датчик.Большинство обычных датчиков отображения, однако, не может различить точно, когда одна конкретная частица совершает нападки. Чтобы измерить выбор времени, исследователи должны использовать методы, которые эффективно действуют как ставни, которые пропускают частицы за короткий срок. Знание, когда ставень открыт, дает информацию времени полета.
Но этот метод может только измерить частицы той же самой массы, соответствуя короткому времени, ставень открыт.Камера PImMS, с другой стороны, может измерить частицы многократных масс внезапно. Каждый пиксель датчика камеры может время, когда частица ударяет его. Та информация о выборе времени создает трехмерную карту скоростей частиц, обеспечивая подробное 3D изображение образца фрагментации молекулы.
Чтобы исследовать молекулы, исследователи использовали эту камеру с ультрафиолетовым лазером вакуума фемтосекунды. Лазерный пульс волнует молекулу в государство более высокой энергии, и так же, как молекула начинает свой квант механическая эволюция – после нескольких дюжин фемтосекунд – другой пульс запущен. Молекула поглощает единственный фотон, процесс, который заставляет ее разваливаться. Камера PImMS тогда делает 3D снимок молекулярных обломков.
Запустив лазерный пульс в позже и более поздние времена во взволнованных молекулах, исследователи могут использовать камеру PImMS, чтобы взять снимки молекул на различных стадиях, в то время как они попадают в более низкие энергетические государства. Результат – серия 3D методичных изображений молекулы, изменяющей государства.Исследователи проверили свой подход к молекуле по имени C2F3I.
Хотя относительно маленькая молекула, это фрагментировало в пять различных продуктов в их экспериментах. Программное обеспечение данных и анализа доступно онлайн как часть открытой научной инициативы, и хотя результаты предварительны, Хокетт сказал, эксперименты демонстрируют власть этой техники.
«Это – эффективно технология предоставления возможности, чтобы на самом деле сделать эти типы экспериментов вообще», сказал Хокетт. Только требуется несколько часов, чтобы собрать вид данных, которые заняли бы несколько дней, используя обычные методы, допуская эксперименты с большими молекулами, которые были ранее невозможны.Тогда исследователи могут лучше ответить на вопросы как: Как квантовая механика работает в больших, более сложных системах?
Как делают взволнованные молекулы ведут себя и как они развиваются?«Люди пытались понять эти вещи с 1920-х», сказал Хокетт. «Это – все еще очень открытая область расследования, исследования и дебатов, потому что молекулы действительно сложные.
Мы должны продолжать пытаться понять их».