С помощью точно откалиброванных импульсов лазерного излучения ученым удалось зафиксировать сверхскоростное вращение молекулы карбонилсульфида.
Вращение молекулы влечет за собой изменение ее магнитных характеристик, фиксировать которые позволяют современные методы исследования. Тем не менее, до настоящего времени не удалось достичь необходимого разрешения для визуализации вращения отдельных атомов в молекуле. Кроме того, один оборот длится около нескольких пикосекунд — это триллионные доли секунды.
В новой научной работе ученые направляли лазерные импульсы прямо на молекулу карбонилсульфида, состоящую из трех атомов — кислорода, углерода и серы. Два пучка излучения заставляли молекулу вращаться в унисон с частотой колебания лазера. Третий же импульс был диагностическим: он был призван определить положение молекулы и ее степень вращения.
Однако каждый диагностический импульс приводил к полному разрушению молекулы, поэтому для получения нового изображения требовалось повторять эксперимент. В результате ученые получили 651 снимок, которые охватывают полтора периода вращения молекулы. Последовательное объединение изображений позволило создать фильм продолжительностью 125 пикосекунд.
Исследования показали, что наблюдаемые процессы соответствуют принципам квантовой механики. На столь малых масштабах, где действуют атомы и молекулы, их поведение отличается от того, что характерно для объектов макромира. Одновременное определение положения и импульса молекулы с высокой точностью невозможно. Можно вычислить лишь вероятность нахождения молекулы в определенной точке пространства в конкретный момент времени. Именно эти вероятности были зафиксированы учеными на видеозаписи.
По мнению исследователей, их подход может найти применение и в других случаях, в частности, для исследования внутренней структуры молекул или «зеркальных» соединений, востребованных в биохимии и химической промышленности.