1688
Квантову хвильову функцію зазвичай описують як математичний об’єкт, який неможливо просто сфотографувати. Команда University of Göttingen знайшла спосіб реконструювати повну тривимірну форму молекулярної орбіталі органічної молекули нанометрового розміру. Поєднання фотоелектронної спектроскопії та нового алгоритму дозволило побачити деталі, менші за відстань між сусідніми атомами вуглецю.
У квантовій механіці електрон не описують як маленьку кульку з точно визначеною траєкторією. Його стан задається хвильовою функцією, з якої можна обчислити ймовірність того, де частинка може бути знайдена та якими властивостями володітиме.
У молекулах такі електронні хвильові функції називають молекулярними орбіталями. Вони визначають, як молекула поглинає світло, утворює хімічні зв’язки та реагує з іншими речовинами.
Проблема полягає в тому, що хвильову функцію не можна безпосередньо виміряти. Будь-яке квантове вимірювання дає лише частину інформації про стан системи.
Дослідники використали фотоелектронну спектроскопію. Молекулу освітлювали дуже короткими імпульсами м’якого рентгенівського випромінювання, які вибивали з неї електрони.
Вимірюючи напрямок і імпульс цих електронів, команда отримувала інформацію про одну частину хвильової функції.
Далі в роботу вступив спеціально переписаний математичний алгоритм. Він реконструював відсутню інформацію й перетворював набір вимірювань на повне тривимірне зображення орбіталі.
Раніше подібні 3D-реконструкції вимагали довгих експериментів на великих синхротронних установках. Це серйозно обмежувало кількість молекул, які можна було досліджувати.
Нова система працює з лабораторним джерелом м’якого рентгенівського світла, що створює ультракороткі імпульси. Одночасно алгоритму потрібно значно менше експериментальних даних для надійної реконструкції.
Це поєднання, на думку авторів, відкриває шлях не лише до статичних зображень, а й до своєрідного «відео» квантової хвильової функції.
Якщо молекулу спочатку збудити світлом, електричним полем або хімічною взаємодією, а потім робити такі вимірювання через дуже короткі проміжки часу, можна простежити, як орбіталь змінюється в масштабі фемтосекунд.
Фемтосекунда — це одна квадрильйонна секунди. Саме на таких часових масштабах перебудовуються електронні стани під час багатьох хімічних реакцій.
У перспективі метод може дозволити спостерігати не лише положення атомів, а й те, як змінюється електронна структура молекули ще до завершення реакції.
Автори вважають, що це допоможе краще зрозуміти фундаментальну хімію та знайти способи керувати реакціями на рівні кількох атомів.
https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260822015213.htm
