Metoda użyta przez naukowców powiązanych z laboratorium SLAC należącym do tamtejszego Departamentu Energii jest określana mianem UED (ultrafast electron diffraction). Właśnie za jej sprawą, jak badacze piszą na łamach Physical Review Letters, pojawiła się możliwość śledzenia atomów wodoru. Zebrane w ten sposób informacje będą kluczowe w kontekście badania reakcji biologicznych i chemicznych.
Czytaj też: Chemiczne dziwactwa zmieniają wszystko, co wiemy o powstawaniu planet. Kluczowe odkrycie astronomów
Poza ruchami atomów członkowie zespołu badawczego obserwowali także transfer protonów, za sprawą którego przemieszczają się one z jednej cząsteczki do drugiej. Zjawisko to stanowi podstawę wielu różnych procesów, choć jego poznawanie jest niezwykle trudne ze względu na fakt, jak błyskawicznie zachodzą owe transfery. Mówimy bowiem o skali femtosekundowej, co oznacza czas trwania rzędu jednej milionowej jednej miliardowej części sekundy.
Jak nietrudno się domyślić, uwiecznienie takiej reakcji stanowi gigantyczne wyzwanie. Szukając wyjścia z sytuacji, badacze wystrzeliwali promieniowanie rentgenowskie w cząsteczkę, by później użyć rozproszonego promieniowania do zbadania struktury cząsteczki na przestrzeni czasu. Problem z takim podejściem polega na tym, że promieniowanie rentgenowskie oddziałuje wyłącznie z elektronami, a nie z jądrami atomowymi.
Obserwacje obejmujące atomy wodoru były prowadzone z wykorzystaniem zaawansowanego sprzętu, pozwalającego na uwiecznianie reakcji zachodzących w ciągu jednej milionowej jednej miliardowej części sekundy
Trzeba było pójść o krok dalej. W tym celu do akcji wkroczyła ultraszybka kamera dyfrakcyjna. Gazowa forma amoniaku, posiadająca trzy atomy wodoru przyłączone do atomu azotu, została potraktowana światłem ultrafioletowym. Doprowadziło to do zerwania wiązań wodoru z azotem. Później na ten sam cel nakierowano wiązkę elektronów i zebrano rozproszone elektrony. W ten sposób udało się zebrać sygnały powstałe na skutek oddzielania wodoru od jądra azotu oraz zmian w strukturze samej cząsteczki.
Czytaj też: Najmniejszy zegar atomowy na świecie otworzy drzwi do nowej fizyki
Historyczny był więc w tym przypadku fakt, że autorzy badań dokonali dwóch różnych obserwacji za jednym razem: byli w stanie śledzić elektrony i jądra w tym samym eksperymencie. Lepsze zrozumienie zachowań protonów powinno przynieść korzyści w zakresie biologii strukturalnej. Stosowane zazwyczaj techniki, takie jak krystalografia rentgenowska i mikroskopia krioelektronowa, często zapewniają ograniczone pole do działania. Teraz może się to zmienić.
