Физики выяснили, что плоские молекулы на самом деле имеют объем и мгновенную хиральность
На квантовом уровне атомы в молекулах не находятся на одном месте всегда. Ученые смогли отследить их сдвиг и показать, как динамически меняется пространственная конфигурация муравьиной кислоты.
В учебниках химии молекулы часто изображают жесткими структурами из сфер — атомов и стержней — связей между ними. Муравьиная кислота (CH2O2, HCOOH), широко используемая многими живыми организмами, на таких рисунках выглядит плоской.
Но на самом деле такие молекулы не двумерные. Объем им придают квантовые эффекты. Международная команда ученых под руководством профессора Райнхарда Дёрнера (Reinhard Dörner) определила точную пространственную структуру молекулы муравьиной кислоты и описала механизм, придающий кислоте «динамическую хиральность». Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Для тщательного исследования молекулы физики использовали рентгеновское излучение синхротрона PETRA III в ускорительном центре DESY в Гамбурге (Германия).
Чтобы добиться максимально точного определения расположения частей молекулы, ученые измеряли два процесса, происходящих при облучении вещества рентгеновским пучком. Рентген выбивает из муравьиной кислоты электроны по механизму фотоэффекта и оже-эффекта и атомы оказываются заряжены так сильно, что молекула распадается кулоновским взрывом на отдельные атомы. Оба процесса протекают в течение фемтосекунд, но ученые успели измерить их последовательно и раздельно. Для этого потребовался реакционный микроскоп COLTRIMS.
На основе полученных данных ученые рассчитали исходную геометрию молекулы муравьиной кислоты. Оказалось, что два атома водорода в муравьиной кислоте слегка колеблются, а это означает, что молекула не плоская.
«В квантовом мире атомные ядра — не крошечные сферы, застывшие на месте. Они больше похожи на вибрирующие облака. Даже если мы охладим молекулу до абсолютного нуля, это дрожание — так называемые нулевые колебания — никогда не прекращается», — сказал профессор Дернер.
Такое дрожание означает, что атомные ядра не имеют точного расположения, существует лишь вероятность обнаружить их в конкретном месте. Получается, что молекула муравьиной кислоты объемна практически в каждый момент времени.
Из-за появления третьего измерения молекула перестает быть симметричной и становится хиральной, левой или правой, как человеческие руки. Мы не можем повернуть правую руку так, чтобы она идеально повторяла левую, левые и правые молекулы организованы так же, хоть и состоят из одинаковых атомов. Левые и правые формы веществ могут значительно отличаться по свойствам. Например, у болеутоляющего ибупрофена есть лечащая форма, а есть вообще не обладающая действием на организм. Обычно эта зеркальность возникает из-за фиксированной структуры молекулы.
Новое исследование показывает, что геометрия молекул не статична. Муравьиная кислота на доли секунды становится левой или правой из-за происходящего на квантовом уровне. Плоская конфигурация молекулы — усреднение ее состояний, а не строгое отражение реальности. Форма молекулы оказалась динамической, как и хиральность. Этот вывод может помочь физикам и химикам в изучении свойств молекул и порядков протекания химических реакций.
Telegram 
Дзен 
VK Большой адронный коллайдер многие воспринимают как инструмент изучения первых мгновений жизни Вселенной и поиска редких частиц. Но ушедший на обновление ускоритель частиц все еще приносит новые данные и о таких, казалось бы, хорошо изученных объектах, как ядро атома кислорода. Физики ЦЕРН выяснили, что и оно, и ядро атома неона ведут себя не так, как предсказывали модели.
Ученые из МФТИ, Института ядерных исследований РАН, НИЯУ МИФИ и Института теоретической физики имени Л. Д. Ландау РАН предложили подход к поиску электрического дипольного момента протонов и дейтронов. Концепция позволяет исследовать оба типа частиц в одном накопительном кольце — как в специально построенном, так и в уже существующем ускорительном комплексе с соответствующей модернизацией.
Рацион натуфийцев — группы охотников-собирателей, которые жили на территории Леванта и одними из первых в истории перешли от кочевой жизни к оседлости, был гораздо разнообразнее, чем считалось. Выяснилось, что, помимо газелей, птиц, черепах, растительной пищи, они также питались ящерицами и змеями. Причем добывали и разделывали этих животных на протяжении трех тысяч лет. То есть употребление в пищу рептилий было не случайным эпизодом, а регулярной практикой, которая сохранялась на протяжении длительного времени.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
У любителей кофе выявили расхождение в уровнях тестостерона: одна форма этого гормона повышалась вместе с количеством выпитого, а другая, напротив, снижалась. Результат оказался особенно интересным на фоне изменений других показателей, связанных с обменом веществ и здоровьем сердца.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии