據(jù)美國(guó)斯坦福直線加速器中心（SLAC）官網(wǎng)消息，一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在分析分子快速運(yùn)動(dòng)方面取得突破。他們開發(fā)出一種新算法，能以更低成本、更高精度，確定超快化學(xué)反應(yīng)的順序，從而幫助科學(xué)家更透徹地了解化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中分子的快速運(yùn)動(dòng)。
化學(xué)反應(yīng)和生物分子的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在飛秒（1秒的一千萬(wàn)億分之一）間，盡管包括SLAC的直線加速器相關(guān)光源（LCLS）在內(nèi)的X射線激光能生成飛秒級(jí)圖像，但它們無(wú)法在同樣的時(shí)間尺度上將其直接轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)圖像。
科學(xué)家想要研究某個(gè)化學(xué)反應(yīng)時(shí)，通常會(huì)先用一束激光脈沖觸發(fā)這一反應(yīng)，接著用X射線激光脈沖為反應(yīng)拍照，但這個(gè)過(guò)程會(huì)破壞樣本。為了得到下一步反應(yīng)圖像，必須在新樣本內(nèi)觸發(fā)反應(yīng)并繼續(xù)用X射線拍照?？茖W(xué)家們不斷重復(fù)這一過(guò)程，并將所有圖像拼接起來(lái)，希望得到反應(yīng)的準(zhǔn)確順序。但由于X射線激光拍照順序存在時(shí)間上的不確定性，要做到這一點(diǎn)并不容易。
為此，威斯康星大學(xué)密爾沃基分校物理學(xué)教授阿巴斯·奧爾馬茲達(dá)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種數(shù)學(xué)算法，可以從時(shí)間不確定程度為300飛秒的數(shù)據(jù)中，提取出時(shí)間精度為1飛秒的信息，將分析精度提高了300倍。
在最新研究中，科學(xué)家將新算法應(yīng)用到SLAC教授菲利普·巴克斯鮑姆團(tuán)隊(duì)于2010年收集的數(shù)據(jù)中。當(dāng)時(shí)，巴克斯鮑姆團(tuán)隊(duì)使用LCLS研究雙電荷氮離子的動(dòng)力學(xué)原理。他們通過(guò)朝氮分子發(fā)射X射線制造出這些氮離子，并獲得了氮分子振動(dòng)模式的大量圖像，但這些圖像的準(zhǔn)確順序并不確定。在最新算法幫助下，奧爾馬茲達(dá)團(tuán)隊(duì)以1飛秒的精度確定了分子的振動(dòng)，準(zhǔn)確重建了氮分子的動(dòng)力學(xué)行為，并通過(guò)量子力學(xué)計(jì)算證明了這一精度。
該研究合作者、德國(guó)電子同步加速器（DESY）首席科學(xué)家羅賓·圣塔說(shuō)：“這一方法有望使在X射線激光設(shè)施內(nèi)進(jìn)行的超快運(yùn)動(dòng)研究產(chǎn)生革命性變革”。
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