新算法让分子一举一动无法遁形容易

是客户 据美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)官消息，一个国际科研团队在分析分子快速运动方面取得突破。他们开发出一种新算法，能以更低成本、更高精度，确定超快化学反应的顺序，从而帮助科学家更透彻地了解化学反应过程中分子的快速运动。

化学反应和生物分子的运动发生在飞秒(1秒的一千万亿分之一)间，尽管包括SLAC的直线加速器相关光源(LCLS)在内的X射线激光能生成飞秒级图像，但它们无法在同样的时间尺度上将其直接转化为运动图像。

科学家想要研究某个化学反应时，通常会先用一束激光脉冲触发这一反应，接着用X射线激光脉冲为反应拍照，但这个过程会破坏样本。为了得到下一步反应图像，必须在新样本内触发反应并继续用X射线拍照。科学家们不断重复这一过程，并将所有图像拼接起来，希望得到反应的准确顺序。但由于X射线激光拍照顺序存在时间上的不确定性，要做到这一点并不容易。

为此，威斯康星大学密尔沃基分校物理学教授阿巴斯奥尔马兹达领导的团队研发出了一种数学算法，可以从时间不确定程度为300飞秒的数据中，提取出时间精度为1飞秒的信息，将分析精度提高了300倍。

在最新研究中，科学家将新算法应用到SLAC教授菲利普巴克斯鲍姆团队于2010年收集的数据中。当时，巴克斯鲍姆团队使用LCLS研究双电荷氮离子的动力学原理。他们通过朝氮分子发射X射线制造出这些氮离子，并获得了氮分子振动模式的大量图像，但这些图像的准确顺序并不确定。在最新算法帮助下，奥尔马兹达团队以1飞秒的精度确定了分子的振动，准确重建了氮分子的动力学行为，并通过量子力学计算证明了这一精度。

该研究合作者、德国电子同步加速器(DESY)首席科学家罗宾圣塔说：这一方法有望使在X射线激光设施内进行的超快运动研究产生革命性变革。