Исследователи подтвердили, что молекулы муравьиной кислоты постоянно трехмерны из-за квантовых эффектов

Фундаментальное исследование, опубликованное в 2026 году в журнале Physical Review Letters, ставит под сомнение устоявшееся в химии представление об идеально плоской структуре муравьиной кислоты (метановой кислоты, HCOOH). Работа утверждает, что эта молекула, напротив, является динамически трехмерной из-за постоянных минимальных атомных колебаний, что приводит к ее асимметрии в большинстве мгновений. Плоская конфигурация теперь рассматривается как усредненный результат вибраций, а не как статичное свойство, что бросает вызов базовым постулатам, согласно которым муравьиная кислота служила хрестоматийным примером идеальной планарности.

Сбор данных для высокоточного эксперимента проводился на источнике рентгеновского излучения PETRA III, расположенном в ускорительном центре DESY в Гамбурге, Германия. Исследователи инициировали фотоэлектрический и оже-эффекты с помощью рентгеновского пучка, спровоцировав кулоновский взрыв молекулы. Последующее когерентное измерение этих процессов с помощью реакционного микроскопа COLTRIMS, метода, сооснователем которого является один из руководителей исследования, позволило точно реконструировать изначальную геометрию молекулы.

Ключевые результаты указывают на минимальную вибрацию двух атомов водорода, заставляющую молекулу постоянно принимать хиральную, то есть незеркально-изомерную форму. Хиральность, или «рукость» молекулы, обычно определяется ее статической конструкцией, однако в данном случае асимметрия возникает динамически на квантовом уровне, являясь прямым проявлением нулевых колебаний. В международной группе ученых участвовали специалисты из Гётевского университета Франкфурта под руководством профессора доктора Райнхарда Дёрнера, а также специалисты из Университетов Касселя, Марбурга, Невады, Института Фрица Габера и Института ядерной физики Общества Макса Планка.

Данное открытие поднимает важный методологический вопрос о корректном определении геометрии молекулы в условиях непрерывной трансформации под воздействием квантовых эффектов. Вывод исследователей заключается в том, что геометрия в квантовой сфере — это непрерывное динамическое событие, а не застывшее свойство. Подобная динамическая хиральность, индуцированная квантовым «дрожанием», имеет потенциально широкие последствия для понимания возникновения асимметрии в природе, особенно учитывая ее критическую роль в биологических системах.

Прогресс в экспериментальной физике, продемонстрированный способностью точно измерять мгновенную молекулярную геометрию с помощью передовых методов, таких как COLTRIMS в сочетании с высокоинтенсивным рентгеновским излучением PETRA III, функционирующей на энергии частиц 6 ГэВ с 2009 года, является значительным шагом вперед по сравнению с идеализированными статическими моделями. Это исследование открывает новые горизонты для изучения молекулярной динамики и уточнения механизмов протекания химических реакций.