Ученые совершили прорыв, создав первый в истории «атомный фильм», который показывает, как атомы динамически движутся, прежде чем распасться под воздействием радиации. Это новаторское открытие выявляет важнейший, ранее скрытый фактор повреждения от радиации: тонкое, но значительное движение самих атомов.
Исследование было сосредоточено на процессе распада с участием переноса электронов (ETMD), при котором высокоэнергетическое излучение (например, рентгеновские лучи) сначала возбуждает атом. Этот атом затем стабилизируется, забирая электрон у соседнего атома, в то время как высвобождаемая энергия ионизирует третий соседний атом. Этот механизм особенно важен, поскольку он генерирует высокореактивные частицы в воде, что делает его ключевым фактором в том, как радиация наносит вред биологическим системам.
Для расследования этого процесса ученые использовали простую модельную систему, состоящую из одного атома неона, слабо связанного с двумя атомами криптона (тример NeKr2). Используя специализированный реакционный микроскоп COLTRIMS и передовые теоретические симуляции, исследователи точно отследили процесс распада ETMD. Они наблюдали, как атомы «блуждают» и меняют свои положения в течение до пикосекунды — чрезвычайно длительного по атомным меркам времени — прежде чем произошел распад. Это наблюдение в реальном времени продемонстрировало, что распад — это не статическое событие, а динамический процесс, сильно зависящий от движения ядер.
«Мы буквально можем наблюдать, как атомы движутся до распада», — заявил Флориан Тринтер, один из ведущих авторов исследования. «Распад — это не просто электронный процесс — он управляется движением ядер очень прямым и интуитивным способом».
Полученные данные показали, что атомы не оставались неподвижными; вместо этого они двигались по «блуждающей» траектории, постоянно меняя свои положения и перестраивая структуру системы. Это движение сильно влияло как на время, так и на исход распада. Различные атомные конфигурации в разное время влияли на скорость и результат распада: на ранних стадиях распад происходил вблизи исходной конфигурации, тогда как позже атомы смещались, оптимизируя условия для переноса электронов.
«Атомы исследуют большие области конфигурационного пространства, прежде чем распад наконец произойдет», — объясняет Тилль Янке, старший автор исследования. «Это показывает, что движение ядер не является незначительной поправкой — оно фундаментально контролирует эффективность нелокального электронного распада».
Это более глубокое понимание ETMD, особенно его зависимости от атомного расположения и движения, жизненно важно для разработки более точных моделей радиационного воздействия в воде и биологических средах. Оно также поддерживает создание теоретических моделей, применимых к более сложным системам, и может направить будущие защитные стратегии против радиационных повреждений. Эта работа обеспечивает фундаментальный эталон для простейшей системы, способной к ETMD, открывая новые возможности для визуализации сверхбыстрой динамики в веществе с беспрецедентной детализацией.
