超快“電子相機(jī)”拍到解離過程中的質(zhì)子

科技日?qǐng)?bào)北京10月7日電 (記者張夢(mèng)然)美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用超快電子衍射記錄了氨分子內(nèi)氫原子的快速運(yùn)動(dòng)。該研究利用高能(兆電子伏MeV)電子的優(yōu)勢(shì)來(lái)研究氫原子和質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》上。

質(zhì)子轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)著生物學(xué)和化學(xué)中的無(wú)數(shù)反應(yīng)。線粒體是細(xì)胞的動(dòng)力源，而質(zhì)子泵對(duì)線粒體至關(guān)重要，因此準(zhǔn)確了解其結(jié)構(gòu)在這些反應(yīng)過程中如何演變非常必要。不過，質(zhì)子轉(zhuǎn)移發(fā)生在幾飛秒內(nèi)，速度極快。

想要捕捉質(zhì)子轉(zhuǎn)移，可以向分子發(fā)射X射線，再利用射線研究分子演化過程中的結(jié)構(gòu)。遺憾的是，X射線僅與電子相互作用，而不與原子核相互作用，因此它不是最靈敏的方法。

為此， SLAC團(tuán)隊(duì)采用了超快電子衍射相機(jī)MeVUED。他們利用紫外線照射氨氣，解離或破壞其中一個(gè)氫氮鍵，然后發(fā)射一束電子穿過它并拍攝衍射電子。

團(tuán)隊(duì)不僅拍攝到氫與氮核分離的信號(hào)，還抓拍到分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)變化。更重要的是，散射的電子以不同的角度射出，因此它們可分離兩個(gè)信號(hào)。

研究人員表示，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中同時(shí)擁有對(duì)電子敏感和對(duì)原子核敏感的雙重能力，非常難得而且非常有用。如果能看到原子解離時(shí)最初發(fā)生了什么，無(wú)論是原子核還是電子首先分離，人們就能回答有關(guān)解離反應(yīng)是如何發(fā)生的問題。

這些信息讓科學(xué)家越來(lái)越接近質(zhì)子轉(zhuǎn)移之謎的答案，有助于回答化學(xué)和生物學(xué)中更多的問題。這一成果還將對(duì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)產(chǎn)生重要影響，因?yàn)楫?dāng)前的X射線晶體學(xué)和冷凍電子顯微鏡等傳統(tǒng)方法很難“看到”質(zhì)子。

團(tuán)隊(duì)希望提高電子束的強(qiáng)度并提高實(shí)驗(yàn)的時(shí)間分辨率，以便能夠真正了解質(zhì)子隨時(shí)間解離的每一個(gè)步驟。