Динамічна хіральність мурашиної кислоти: Квантові вібрації змінюють класичну планарність

Наукове дослідження, опубліковане у січні 2026 року у виданні *Physical Review Letters*, переосмислює фундаментальне уявлення про геометрію мурашиної кислоти (метанової кислоти, HCOOH). Традиційно вважалася ідеально планарною, ця сполука, як демонструє робота, є динамічно тривимірною через постійні атомні коливання. Ці квантові ефекти змушують молекулу майже миттєво втрачати симетрію, набуваючи хіральної форми, що суттєво відхиляється від усталених хрестоматійних моделей.

Збір даних для високоточного вимірювання проводився на джерелі рентгенівського випромінювання PETRA III, розташованому в прискорювальному центрі DESY у Гамбурзі. Учені застосували складну методологію, яка включала використання рентгенівського пучка для ініціювання фотоелектричного та ефекту Оже, що призводило до куломбівського розпаду молекули. Подальше синхронне вимірювання цих послідовних процесів за допомогою реакційного мікроскопа COLTRIMS дозволило реконструювати початкову геометрію молекули з безпрецедентною точністю.

Ключові результати експерименту вказують на те, що ледь помітні коливання двох атомів водню є причиною того, що молекула майже постійно перебуває у хіральному стані, тобто недзеркальному відображенні. Керівництво дослідженням здійснював професор доктор Райнхард Дьорнер з Інституту ядерної фізики Гете-Університету Франкфурта. У проєкті також брали участь наукові колективи з Університетів Касселя, Марбурга, Невади, а також Інституту Фріца Габера та Інституту ядерної фізики Макса Планка, що підкреслює міжінституційну співпрацю.

Це відкриття кидає виклик тривалому хімічному постулату про абсолютну планарність мурашиної кислоти. Фізичною основою цих невпинних рухів є квантові явища, зокрема вібрації нульової точки, які постулюють, що елементарні частинки ніколи не перебувають у повному спокої. Хіральність, зазвичай асоційована зі статичною асиметричною будовою, тепер демонструє динамічне виникнення цієї властивості під впливом квантового «тремтіння». Професор Дьорнер, один із співзасновників методу COLTRIMS, застосовував цю техніку раніше для вивчення комптонівського розсіяння на PETRA III.

Значення цієї роботи виходить за межі корекції хімічної моделі, оскільки вона вказує на те, що фундаментальні властивості, такі як асиметрія, можуть виникати виключно завдяки квантовим ефектам, що має потенційне значення для біологічних систем. Можливість точно вимірювати миттєву молекулярну геометрію за допомогою передових технологій, як-от COLTRIMS у поєднанні з високояскравим рентгенівським випромінюванням, свідчить про значний прогрес у експериментальній фізиці. Мурашина кислота, безбарвна рідина з різким запахом, що кипить при 101 °C і необмежено розчиняється у воді, тепер вимагає перегляду її опису як протонного розчинника. Цей прорив у розумінні динаміки молекул відкриває нові шляхи для вивчення формування асиметрії у природі на найменших масштабах.