Ученые знали в течение долгого времени, что атом или молекула могут также быть в двух различных государствах сразу. Теперь исследователи в Стэнфордском Институте ПУЛЬСА и Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики эксплуатировали поведение Кошки этого Шредингера, чтобы создать фильмы рентгена атомного движения с намного большим количеством детали чем когда-либо прежде.
Первый тест этой идеи, в лазере рентгена Linac Coherent Light Source (LCLS) SLAC, создал самый подробный фильм рентгена в мире внутреннего механизма молекулы – в этом случае, молекулы с двумя атомами йода. О результатах, на основе эксперимента во главе с научным сотрудником SLAC Майком Глоунией, сообщили в газете, это было размещено на arXiv хранилище онлайн и принято для публикации в Physical Review Letters.
Увеличивание масштаб атомных колебанийКоманда смогла видеть детали поведения молекулы всего.3 ангстремов – меньше, чем ширина атома – и столь же краткий как 30 миллионных частей одной миллиардной секунды, временные рамки, которые захватывают колебания атомов и молекул. Кроме того, они говорят, что их метод может быть задним числом применен к данным из прошлых экспериментов, не только к будущим исследованиям.«Наш метод фундаментален для квантовой механики, таким образом, мы стремимся попробовать его на других маленьких молекулярных системах, включая системы, вовлеченные в видение, фотосинтез, защищая ДНК от ультрафиолетового повреждения и других важных функций в живых существах», сказал Фил Баксбом, преподаватель в SLAC и Стэнфордском университете и директоре ПУЛЬСА, который совместно управляется лабораторией и университетом.
Новая техника основана на том, что, когда молекула поглощает кратковременную вспышку энергии, это разделяется на две версии себя – одно взволнованное, другой нет. Последующий взрыв света лазера рентгена рассеивается и от версий молекулы и от переобъединений, чтобы сформировать голограмму рентгена, которая, после некоторой умной обработки, показывает взволнованное государство молекулы в оглушении детали. Натягивая вместе серию этих снимков рентгена, ученые могут сделать боевик остановки.
«Наш фильм, который основан на изображениях от миллиардов молекул газа йода, показывает все возможные способы, которыми ведет себя молекула йода, когда это взволновано с этой суммой энергии», сказал Буксбаум.«Мы видим, что он начинает вибрировать с этими двумя атомами, поворачивающими к, и далеко друг от друга как к ним присоединились к весне. В то же время мы видим связь между разрывом атомов, и атомы отлетают в пустоту.
Одновременно мы видим их все еще связанный, но болтающийся некоторое время на некотором расстоянии друг от друга перед движением назад в. Со временем мы видим, что колебания утихают, пока молекула не в покое снова. Все эти возможные исходы происходят в нескольких trillionths секунды».Используя государства кошки, чтобы сделать фильмХотя начальный лазерный пульс поражает только 4 или 5 процентов молекул в облаке газа йода, было бы неправильно сказать, что только эта небольшая часть была взволнована, и остальные не были, добавил Буксбаум.
В кванте механические термины каждая молекула была взволнована немного, как Кошка Шредингера, это и мертво и живо.Это двойное государство было ключевым для создания молекулярного фильма. Это позволило рентгену подпрыгивать от обоих государств молекулы сразу и переобъединения, чтобы сформировать голограмму – образец концентрических колец, которые более ярки, где два сигнала укрепляют друг друга и более темный, где они уравновешивают друг друга.
То, что этот образец, сформированный в датчике LCLS, доказывает, что взволнованные и невзволнованные государства одновременно присутствовали в каждой молекуле, Буксбаум, сказало; если бы они были отделены даже крошечным расстоянием, образец, возможно, не сформировался.Команда использовала математические методы, одолженные от атомной физики, чтобы усилить сигнал от взволнованного государства, которое сформирует основание фильма. Но сигнал от невзволнованного государства также играл важную роль, служа ориентиром, который помог им восстановить поведение взволнованной молекулы в трех измерениях в процессе, известном как «фазировка».Любая группа молекул, пораженных лазерным пульсом, ответит тот же самый путь, разделяющийся на эквивалент живых и мертвых кошек, сказал Буксбаум.
Но процесс может только ясно и непосредственно наблюдаться с интенсивными, ультракороткими импульсами когерентного света как те от лазера рентгена, и до сих пор никто не думал, чтобы использовать в своих интересах связь Кошки Шредингера, чтобы обострить изображения, взятые с рентгеном.«Сообщество дифракции рентгена никогда не использовало эти инструменты путем, мы сделали», сказал Ади Нэйтан, научный сотрудник ПУЛЬСА и экспериментальный физик, который привел ту часть проекта. Он сказал, что команда уже применяет их метод к данным из предыдущих экспериментов в LCLS, чтобы видеть, могут ли они создать больше молекулярных фильмов.
LCLS – Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства. Исследование финансировалось Офисом САМКИ Науки и включенных ученых из ПУЛЬСА, LCLS и Стэнфорда.