Международная команда ученых из Университета Гёте во Франкфурте, Института ядерной физики Макса Планка и Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European XFEL) в Гамбурге, Германия, совершила значительный научный прорыв в августе 2025 года. Им впервые удалось напрямую наблюдать движение нулевой точки атомов в сложной молекуле йодопиридина, состоящей из одиннадцати атомов. Это явление, характеризующееся непрерывными колебаниями атомов даже при абсолютном нуле температуры, ранее считалось неизмеримым.
Исследование, опубликованное в журнале Science, использовало метод визуализации Кулоновского взрыва, разработанный во Франкфурте. Этот метод, основанный на применении сверхкоротких и чрезвычайно интенсивных рентгеновских импульсов от European XFEL, позволил ученым вызвать контролируемый молекулярный взрыв. Анализ полученных фрагментов дал возможность реконструировать исходную структуру молекулы и выявить точные, связанные паттерны колебаний атомов. Профессор Тиль Янке отметил: «Самое захватывающее в нашей работе то, что мы смогли увидеть, как атомы колеблются не по отдельности, а в связанной манере, следуя фиксированным закономерностям». Этот прорыв стал возможен благодаря передовым возможностям European XFEL, который является одним из самых мощных рентгеновских лазеров в мире. Технология визуализации Кулоновского взрыва, в сочетании с микроскопом реакции COLTRIMS, разработанным во Франкфурте, позволила получить изображения квантовых флуктуаций с беспрецедентной детализацией. Ранее подобные наблюдения были возможны только косвенно, через теоретические модели или спектроскопические методы, которые дают усредненные значения для ансамблей молекул. Новое исследование впервые предоставило прямые снимки квантовых флуктуаций на уровне отдельных молекул. Открытие имеет потенциал для глубокого понимания квантовых явлений и демонстрирует возможности микроскопа реакции COLTRIMS. Оно может оказать влияние на такие области, как материаловедение и квантовые вычисления, углубляя понимание молекулярной динамики. Ученые планируют расширить свои наблюдения, включив в них динамику электронов, чтобы создавать «короткометражные фильмы о молекулярных процессах», что может революционизировать понимание химических реакций и квантовой механики на молекулярном уровне. Это исследование подчеркивает силу сочетания передовых лазерных технологий, современных детекторов и теоретических инноваций для прямого изучения явлений, которые ранее считались неосязаемыми.