新演算法讓分子“一舉一動”無法遁形
- 發佈時間：2016-05-06 01:30:35 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京5月5日電 （記者劉霞）據美國斯坦福直線加速器中心（SLAC）官網消息，一個國際科研團隊在分析分子快速運動方面取得突破。他們開發出一種新演算法，能以更低成本、更高精度，確定超快化學反應的順序，從而幫助科學家更透徹地了解化學反應過程中分子的快速運動。
化學反應和生物分子的運動發生在飛秒（1秒的一千萬億分之一）間，儘管包括SLAC的直線加速器相關光源（LCLS）在內的X射線鐳射能生成飛秒級圖像，但它們無法在同樣的時間尺度上將其直接轉化為運動圖像。
科學家想要研究某個化學反應時，通常會先用一束鐳射脈衝觸發這一反應，接著用X射線鐳射脈衝為反應拍照，但這個過程會破壞樣本。為了得到下一步反應圖像，必須在新樣本內觸發反應並繼續用X射線拍照。科學家們不斷重復這一過程，並將所有圖像拼接起來，希望得到反應的準確順序。但由於X射線鐳射拍照順序存在時間上的不確定性，要做到這一點並不容易。
為此，威斯康星大學密爾沃基分校物理學教授阿巴斯·奧爾馬茲達領導的團隊研發出了一種數學演算法，可以從時間不確定程度為300飛秒的數據中，提取出時間精度為1飛秒的資訊，將分析精度提高了300倍。
在最新研究中，科學家將新演算法應用到SLAC教授菲利普·巴克斯鮑姆團隊于2010年收集的數據中。當時，巴克斯鮑姆團隊使用LCLS研究雙電荷氮離子的動力學原理。他們通過朝氮分子發射X射線製造出這些氮離子，並獲得了氮分子振動模式的大量圖像，但這些圖像的準確順序並不確定。在最新演算法幫助下，奧爾馬茲達團隊以1飛秒的精度確定了分子的振動，準確重建了氮分子的動力學行為，並通過量子力學計算證明了這一精度。
該研究合作者、德國電子同步加速器（DESY）首席科學家羅賓·聖塔説：“這一方法有望使在X射線鐳射設施內進行的超快運動研究産生革命性變革”。
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