作者:刘霞 来源:科技日报 发布时间:2016/5/6 10:11:02
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新算法让分子“一举一动”无法遁形

 

科技日报北京5月5日电 (记者刘霞)据美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)官网消息,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”。

 
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