Các nhà khoa học Châu Âu đã đạt được một bước đột phá trong lĩnh vực hình ảnh phân tử, lần đầu tiên quan sát trực tiếp các chuyển động lượng tử trong một phân tử phức tạp. Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Science, đã sử dụng phân tử 2-iodopyridine và chiếu tia X cường độ cao từ Máy gia tốc Electron Tự do Châu Âu (European XFEL) để làm phân tử này phát nổ, cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo hình dạng và chuyển động bên trong của nó tại thời điểm bị phá vỡ bằng cách phân tích quỹ đạo của các mảnh vỡ.
Để ghi lại chi tiết vụ nổ phân tử này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hệ thống COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy), một thiết bị có khả năng theo dõi đồng thời nhiều hạt mang điện với độ chính xác thời gian cực cao, đo bằng femtoseconds (một phần triệu tỷ giây). Công nghệ này cho phép họ tạo ra hình ảnh ba chiều hoàn chỉnh về cấu trúc phân tử, tiết lộ rằng các mảnh không tách ra theo hình học phẳng như dự kiến, mà thể hiện sự biến dạng tinh tế, cho thấy một chuyển động phối hợp, có quy luật.
Chuyển động quan sát được là đặc trưng của cơ học lượng tử, một hiện tượng được gọi là chuyển động lượng tử kết hợp. Markus Ilchen, tác giả chính của nghiên cứu, mô tả: "Cú rung này không phải là hỗn loạn, mà là một vũ điệu được dàn dựng ở quy mô nguyên tử." Phát hiện này đã được xác nhận bởi các mô phỏng máy tính tiên tiến, nơi chỉ những mô hình kết hợp các hiệu ứng lượng tử mới tái tạo chính xác dữ liệu thực nghiệm. Nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến quan trọng, cung cấp cái nhìn chưa từng có về các cơ chế điều khiển sự ổn định và phản ứng của phân tử, có thể hữu ích cho việc phát triển vật liệu sáng tạo hoặc hiểu rõ hơn các quá trình hóa học trong tự nhiên.
Stefan Pabst, một nhà nghiên cứu tham gia vào mô phỏng, nhấn mạnh: "Cơ học lượng tử là cốt lõi của vật chất và sự sống. Việc nhìn thấy rõ ràng các hiệu ứng của nó không chỉ hấp dẫn mà còn cần thiết để thúc đẩy khoa học và công nghệ tương lai." Khả năng quan sát trực tiếp các chuyển động lượng tử này có ý nghĩa sâu sắc đối với nhiều lĩnh vực khoa học, từ hóa học và vật lý đến khoa học vật liệu và dược phẩm, thách thức hiểu biết cổ điển của chúng ta về thế giới.