МОСКВА, 12 апреля. /ТАСС/. Физики Сибирского федерального университета (СФУ) вместе с коллегами из Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция) показали, что «тяжелая вода» меняет свои свойства при облучении рентгеновским излучением. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Scientific Reports, они помогут в разработке механизмов контроля химических реакций с помощью излучения.

«Авторы работы обнаружили, что свойство локализации колебаний нарушается при облучении молекулы рентгеновским излучением», – сообщается в пресс-релизе СФУ.

Что такое локализованные колебания?

«В молекуле воды оба атома водорода (Н) колеблются одновременно, – рассказывает один из авторов исследования, профессор Фарис Гельмуханов (Швеция). – Они могут совершать симметричные колебания, синхронно удаляясь или приближаясь к центральному атому кислорода (О), и могут совершать антисимметричные колебания, при которых будут двигаться в одну сторону, но в обоих случаях атомы водорода колеблются согласованно. Такие колебания называют делокализованными».

Эта картина качественно меняется, если заменить один из атомов водорода атомом дейтерия (D), который тяжелее в два раза. В такой асимметричной молекуле HOD колебания атомов становятся локализованными: то есть легкий атом водорода и тяжелый атом дейтерия колеблются вокруг центрального атома кислорода независимо и с разными частотами.

Что происходит с молекулой «тяжелой воды» при облучении рентгеном?

Все меняется при облучении рентгеновским излучением – такое воздействие переводит молекулу тяжелой воды НОD в возбужденное состояние, в котором водород и дейтерий колеблются опять синхронно, как в обычной молекуле воды.

«Легкий атом водорода двигается быстрее, чем тяжелый атом дейтерия и именно этой асимметрией в кинетической энергии объясняется рассинхронизация колебаний в невозбужденных молекулах тяжелой воды, – объясняет профессор Гельмуханов. – Однако, с точки зрения электростатики, атомы H и D, абсолютно одинаковые – у них одинаковые заряды».

Квантовые расчеты ученых показали, что в возбужденной рентгеновским излучением молекуле этот второй фактор («симметричная» электростатика) перевешивает первый («асимметричная» кинетическая энергия), именно поэтому движения атомов H и D становятся согласованными.

Обнаруженное «сосуществование» делокализованных и локализованных колебаний в молекулах, по словам ученых, является исключительно важным фактом для исследований миграций колебательных возбуждений в твердых телах и жидкостях. Результаты работы помогут в изучении процессов переноса энергии в конденсированных средах и разработке механизмов контроля фотостимулированных химических реакций.