德国法兰克福歌德大学的物理学家与马克斯·普朗克核物理研究所的科学家们合作，首次成功地直接可视化了复杂分子中的量子零点运动。这项发表在《科学》杂志上的开创性研究揭示，即使在绝对零度，分子中的原子也会因零点能而表现出协调的、非随机的振动，这种现象被称为“原子的永恒之舞”。
由蒂尔·詹克教授领导的研究团队，利用欧洲X射线自由电子激光装置（European XFEL）产生的超短、高强度X射线激光脉冲，对碘代吡啶分子进行了可控的“爆炸”处理。通过分析由此产生的分子碎片，并利用定制的COLTRIMS反应显微镜进行重构，他们捕捉到了原子微妙而相关的运动，从而重构了原始的分子结构。这项成就为理解基本量子力学提供了直接证据，并可能推动对光化学反应的研究。
零点能是量子力学的一个基本概念，它指出即使在绝对零度，系统也无法完全静止，总会存在最低限度的振动。此前，这种运动主要通过理论推断或光谱学方法间接观察，但此次实验首次实现了对复杂分子中原子协同振动的直接可视化。研究人员能够捕捉到由11个原子组成的碘代吡啶分子27种不同振动模式的协同运动。
这项技术，即“库仑爆炸成像”（Coulomb Explosion Imaging），通过将分子“炸开”并记录碎片，然后通过软件逆向分析来重构分子的原始状态和运动，突破了以往仅限于小型分子的限制。詹克教授表示，团队正计划进一步改进方法，希望能捕捉到电子的运动，从而制作出“分子电影”，这在过去被认为是难以实现的。这项工作有望在化学物理和量子化学领域产生重要影响，为控制分子动力学和化学反应性提供新的视角。
这项研究也为理解光化学反应提供了新的见解。光化学反应是由光引发的化学过程，在自然界和工业应用中都扮演着重要角色。通过直接观察分子内部的原子运动，科学家们可以更深入地理解这些光驱动过程的机制，为开发新的催化剂、能源技术和材料科学提供基础。这项突破性研究由歌德大学、马克斯·普朗克核物理研究所、汉堡大学以及欧洲XFEL等机构的科学家共同完成，标志着我们在理解和可视化微观量子世界方面迈出了重要一步。