Un team di ricerca internazionale, guidato da scienziati della Goethe University Frankfurt, del Max Planck Institute for Nuclear Physics e dell'European X-ray Free-Electron Laser (European XFEL), ha annunciato un'importante scoperta scientifica: per la prima volta è stato possibile osservare direttamente il movimento zero-point di atomi all'interno di una molecola complessa. Questo fenomeno, caratterizzato da vibrazioni atomiche continue anche a temperature prossime allo zero assoluto, era precedentemente considerato al di là delle capacità di misurazione. La ricerca si è concentrata sulla iodopiridina, una molecola composta da undici atomi, utilizzando gli impulsi X ultra-intensi e ultra-brevi dell'European XFEL attraverso la tecnica di "Coulomb Explosion Imaging". Questa tecnica prevede l'esposizione del campione a intensi impulsi di raggi X, inducendo un'esplosione molecolare controllata, la cui analisi dei frammenti ha permesso di ricostruire la struttura originale della molecola e rivelare i precisi schemi vibrazionali accoppiati degli atomi.
Il Professor Till Jahnke ha evidenziato l'importanza di osservare le vibrazioni accoppiate degli atomi, affermando che "la cosa entusiasmante del nostro lavoro è che siamo stati in grado di vedere che gli atomi non vibrano solo individualmente, ma che vibrano in modo accoppiato, seguendo schemi fissi". Questo progresso apre nuove prospettive sui fenomeni quantistici e dimostra le capacità del microscopio per reazioni COLTRIMS sviluppato a Francoforte. Le scoperte hanno il potenziale per influenzare campi come la scienza dei materiali e il calcolo quantistico, approfondendo la comprensione della dinamica molecolare. I dati utilizzati per questa scoperta provengono da campagne di misurazione condotte nel 2019, e hanno richiesto una collaborazione con fisici teorici del Center for Free-Electron Laser Science ad Amburgo per sviluppare nuovi metodi analitici in grado di estrarre firme quantistiche dai complessi set di dati. Le molecole di iodopiridina studiate presentano 27 diverse modalità vibrazionali, che rendono l'analisi particolarmente impegnativa, ma l'incredibile potenza dell'European XFEL ha reso possibile un imaging dettagliato. La tecnica di "Coulomb Explosion Imaging" è particolarmente adatta per tracciare atomi leggeri come l'idrogeno nelle reazioni chimiche, consentendo indagini dettagliate su singole molecole in fase gassosa. Lo studio, intitolato "Imaging collective quantum fluctuations of the structure of a complex molecule", è stato pubblicato sulla rivista Science.