Nghiên cứu Mới Xác nhận Axit Formic Mang Tính Bất Đối Xứng Động Do Dao Động Lượng Tử

Một công trình nghiên cứu công bố vào tháng 1 năm 2026 trên tạp chí Physical Review Letters đã đặt ra nghi vấn đối với quan niệm hóa học cơ bản về cấu trúc phân tử của Axit Formic (HCOOH). Phát hiện chính cho thấy phân tử Axit Formic, vốn được xem là có cấu trúc phẳng hoàn hảo, trên thực tế lại mang tính ba chiều một cách động do sự dao động nguyên tử nhỏ và liên tục, khiến nó thường xuyên mất đi tính đối xứng vốn có.

Quá trình thu thập dữ liệu thực nghiệm có độ chính xác cao được thực hiện tại nguồn tia X PETRA III thuộc trung tâm gia tốc DESY ở Hamburg. Các nhà nghiên cứu, dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Tiến sĩ Reinhard Dörner từ Viện Vật lý Hạt nhân tại Đại học Goethe Frankfurt, đã sử dụng chùm tia X để kích hoạt hiệu ứng quang điện và hiệu ứng Auger, dẫn đến sự phân rã phân tử thông qua quá trình nổ Coulomb. Bằng cách đo lường đồng thời các quá trình nối tiếp này bằng kính hiển vi phản ứng COLTRIMS, một thiết bị do chính nhóm nghiên cứu phát triển, các nhà khoa học đã tính toán được hình học ban đầu của phân tử.

Dữ liệu thu thập được chỉ ra rằng hai nguyên tử hydro trong Axit Formic dao động ở mức tối thiểu, khiến phân tử liên tục chuyển sang dạng bất đối xứng (chiral), tức là không thể chồng khít lên hình ảnh phản chiếu của chính nó trong hầu hết mọi khoảnh khắc. Tính bất đối xứng này, thường được xác lập qua cấu trúc tĩnh, giờ đây được chứng minh là một thuộc tính động lực học phát sinh từ các hiệu ứng vật lý lượng tử, cụ thể là dao động điểm không. Các tổ chức hợp tác trong dự án bao gồm Đại học Goethe Frankfurt, các Đại học Kassel, Marburg và Nevada, Viện Fritz Haber, và Viện Vật lý Hạt nhân Max Planck.

Giáo sư Dörner giải thích rằng trong thế giới lượng tử, các hạt nhân nguyên tử không phải là các quả cầu cố định mà giống như những đám mây dao động. Kết luận của nhóm nghiên cứu là định nghĩa về hình học trong thế giới lượng tử là một sự kiện động, không phải là đặc tính tĩnh; một phân tử phẳng chỉ là kết quả trung bình theo thời gian của các dao động theo mọi hướng. Quan sát này bác bỏ quan điểm lâu đời coi Axit Formic là ví dụ sách giáo khoa về một phân tử phẳng hoàn hảo, thách thức một giả định nền tảng trong hóa học.

Việc tính bất đối xứng có thể xuất hiện do rung động lượng tử mang ý nghĩa sâu rộng, vì tính bất đối xứng là yếu tố then chốt trong nhiều quá trình sinh học, ví dụ như sự khác biệt giữa một dạng phân tử là thuốc và dạng đối xứng của nó là chất vô dụng. Sự tiến bộ trong vật lý thực nghiệm được thể hiện qua khả năng đo lường chính xác hình học tức thời của phân tử bằng cách sử dụng các kỹ thuật tiên tiến như kính hiển vi phản ứng COLTRIMS kết hợp với tia X có độ sáng cao tại DESY. Công trình này củng cố sự hiểu biết về động lực học phân tử ở cấp độ lượng tử, vượt ra ngoài các mô hình tĩnh lý tưởng hóa.