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        超快“電子相機(jī)”拍到解離過(guò)程中的質(zhì)子

        張夢(mèng)然 發(fā)布時(shí)間:2023-10-08 09:08:00來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)

          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(guò)程中如何演變非常必要。不過(guò),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(guò)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)MeV-UED。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(guò)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(wèn)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(wèn)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。

        (責(zé)編: 王東)

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