【大紀元2018年07月14日訊】（大紀元記者晨曦編譯報導）當分子受到光線照射時會產生兩種截然不同的反應：繼續保持完整或是分裂開來。最近，美國能源部斯坦福直線加速器中心（SLAC）國家加速器實驗室的超高速電子攝像機就拍攝到了這一關鍵時刻的影片。
該成果發表在《科學》（Science）期刊上，它有助於我們更好地了解在對生命至關重要的（如光合作用）、或是存在潛在危險的（如紫外線帶來的DNA傷害）過程中，分子如何對光照做出反應。
此次的研究對象是一種每個分子含有五個原子的氣體。科學家們實時觀察了光線如何將分子中兩個原子之間的連接拉伸到「不可返回的臨界點」，其結果是，分子或者進一步使原子間的連接斷裂、分離原子，或者引起原子振動並同時保持這種連接。
「化學反應的起點和終點都顯而易見，但要拍攝過程中的快速反應快照，卻異常艱難，」論文第一作者、SLAC博士後研究員楊（Jie Yang）表示。「分子究竟是保持完整還是分裂，這個十字路口是決定反應結果的重要因素。我們現在首次能夠直接觀察分子的原子核如何在這一關鍵時刻重新排列。」
另一位作者、斯坦福大學SLAC的馬丁內斯教授（Todd Martinez）表示，「我們研究的系統只是自然界中更為複雜的光驅動反應的一個範例。」比如，對紫外線光的吸收會損壞DNA，但其它機制卻能把這種光的能量變為分子振動，從而將損害降至最低。
光驅動反應的前幾步相當快，分子幾乎是瞬間吸收光線，導致其電子和原子核迅速重新排列。若要進行實時觀察，研究者們必須使用超高速攝像機，設法將飛秒（千萬億分之一秒）內發生的動作「凍結」。
此次研究使用的攝像機是用於超快電子衍射的儀器（UED），其高能電子束可探查某一樣品的內部，及時拍攝其化學反應過程中不同時間點的原子構造。將這些快照串在一起，就變成了一部快速原子運動的影片。
在SLAC，科學家們用激光照射一種叫三氟碘甲烷氣體的分子，並觀察在數百飛秒過程中，其碳和碘原子之間的連接如何拉長至臨界點，從而出現兩種相反的結果：或是連接斷裂、將碘從分子中分離出來，或是在這種連接附近引起原子的震動。
實驗中，激光「激活」了分子，將其從低能量基態提升至高能激發態。這時的分子狀態可以用能量地形來描述，高山處為高能量，低估處為低能量。就像高爾夫球在彎曲的路徑上滾動一樣，分子可以沿著這些表面的反應路徑運動。當不同分子狀態的「地形」相交時，反應可以朝幾個方向進行。化學家稱這一點為錐形交叉點。
「事實上，在錐形交叉點的分子同時存在於幾種狀態中——這是一種奇怪的現象，因為分子是微小的量子系統，」另一位研究者說。通過計算機模擬，他們已經預測到這種行為，而如今終於直接在實驗中觀察到了。
該團隊正在繼續開發UED研究方法，以期在液體中觀察類似的過程，從而更加深入了解生物環境中光驅動的化學反應。◇
責任編輯：朱涵儒
