Một nhóm nghiên cứu quốc tế, bao gồm các nhà khoa học từ Đại học Goethe Frankfurt, Viện Vật lý Hạt nhân Max Planck và Máy gia tốc Điện tử Tự do Châu Âu (European XFEL) ở Hamburg, Đức, đã đạt được một bước đột phá khoa học đáng kể vào tháng 8 năm 2025. Họ đã thành công trong việc quan sát trực tiếp chuyển động điểm không của các nguyên tử trong một phân tử phức tạp, một hiện tượng trước đây được cho là không thể đo lường được. Chuyển động điểm không, đặc trưng bởi sự rung động liên tục của nguyên tử ngay cả ở nhiệt độ không tuyệt đối, giờ đây đã được hình dung rõ ràng.
Nghiên cứu tập trung vào iodopyridine, một phân tử gồm mười một nguyên tử. Sử dụng các xung tia X cường độ cao, siêu ngắn của European XFEL, các nhà khoa học đã áp dụng Kỹ thuật Hình ảnh Vụ nổ Coulomb. Kỹ thuật này liên quan đến việc cho mẫu iodopyridine tiếp xúc với các xung tia X cường độ cao, gây ra một vụ nổ phân tử có kiểm soát. Phân tích các mảnh vỡ thu được cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo cấu trúc ban đầu của phân tử, tiết lộ các mẫu rung động phức hợp và liên kết của các nguyên tử. Giáo sư Till Jahnke nhấn mạnh bản chất liên kết của các rung động này, cho biết: “Điều thú vị về công trình của chúng tôi là chúng tôi đã có thể thấy rằng các nguyên tử không chỉ rung động riêng lẻ, mà chúng rung động một cách liên kết, tuân theo các mẫu cố định.”
Thành tựu này mang lại những hiểu biết mới về các hiện tượng lượng tử và thể hiện khả năng của kính hiển vi phản ứng COLTRIMS do Frankfurt phát triển. Dữ liệu cho khám phá này thực sự đến từ các chiến dịch đo lường được thực hiện vào năm 2019 cho các mục đích nghiên cứu khác, đòi hỏi sự hợp tác với các nhà vật lý lý thuyết tại Trung tâm Khoa học Máy gia tốc Điện tử Tự do ở Hamburg để phát triển các phương pháp phân tích mới có khả năng trích xuất các chữ ký lượng tử từ các tập dữ liệu phức tạp. Phân tử iodopyridine được nghiên cứu thể hiện 27 chế độ rung động khác nhau, từ dao động tinh tế đến các chuyển động mạnh mẽ hơn mà các nhà nghiên cứu ví như các kiểu nhảy khác nhau, làm cho các phân tử cỡ trung bình trở nên đặc biệt khó phân tích. Tuy nhiên, sức mạnh chưa từng có của European XFEL đã cho phép hình ảnh chi tiết. Những phát hiện này có tiềm năng tác động đến các lĩnh vực như khoa học vật liệu và máy tính lượng tử bằng cách làm sâu sắc thêm sự hiểu biết về động lực học phân tử. Khả năng quan sát trực tiếp các dao động điểm không tương quan này, vốn từ lâu đã được coi là không thể đo lường được, mở ra những con đường mới để khám phá các hệ thống cơ học lượng tử phức tạp. Trong tương lai, kỹ thuật này có thể được sử dụng để nghiên cứu các phân tử lớn hơn và các bộ phim động lực học nội tại của chúng có thể được ghi lại với độ phân giải thời gian dưới một femtoseconds, tức là trong một phần nghìn tỷ giây.