Ученые использовали точно настроенные импульсы лазерного света для съемки сверхбыстрого вращения молекулы карбонилсульфида.

При вращении молекулы происходит изменение ее магнитных свойств, которое можно запечатлеть с помощью современных методов исследования. Однако до сих пор не удавалось получить достаточное разрешение для съемки вращения атомов в молекуле. К тому же один такой оборот длится порядка нескольких пикосекунд — триллионных долей секунды.

В новой научной работе ученые направляли лазерные импульсы прямо на молекулу карбонилсульфида, состоящую из трех атомов — кислорода, углерода и серы. Два пучка излучения заставляли молекулу вращаться в унисон с частотой колебания лазера. Третий же импульс был диагностическим: он был призван определить положение молекулы и ее степень вращения.

Но, к сожалению, каждый диагностический импульс разрушал молекулу полностью, поэтому для получения нового снимка приходилось проводить эксперимент заново. Всего ученые сделали 651 снимок, охватывающий полтора периода вращения молекулы. Собранные последовательно, изображения позволили создать фильм длиной в 125 пикосекунд.

По словам исследователей, процессы, которые они наблюдали, подчиняются законам квантовой механики. На этом масштабе очень маленькие объекты, такие как атомы и молекулы, ведут себя иначе, чем вещи в макромире. Положение и импульс молекулы не могут быть определены одновременно с высокой точностью. Вы можете рассчитать только вероятность нахождения молекулы в данном месте в конкретный момент времени. Эти вероятности и удалось запечатлеть исследователям на видео.

Ученые считают, что их метод может быть использован и для других молекул и процессов: например, для изучения внутреннего скручивания молекул или «зеркальных» соединений, которые используются в биохимии и химической технологии.