美國能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊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。該研究利用高能（兆電子伏MeV） 電子的優(yōu)勢來研究氫原子和質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《物理評論快報》上。
用紫外線照射氨（由1個氮原子和3個氫原子組成）會使氫原子從氨中解離。
圖片來源：南娜霍姆加德·利斯特/瑞典皇家理工學(xué)院
質(zhì)子轉(zhuǎn)移驅(qū)動著生物學(xué)和化學(xué)中的無數(shù)反應(yīng)。線粒體是細(xì)胞的動力源，而質(zhì)子泵對線粒體至關(guān)重要，因此準(zhǔn)確了解其結(jié)構(gòu)在這些反應(yīng)過程中如何演變非常必要。不過，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氫氮鍵，然后發(fā)射一束電子穿過它并拍攝衍射電子。
團(tuán)隊不僅拍攝到氫與氮核分離的信號，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信號。
研究人員表示，在一個實驗中同時擁有對電子敏感和對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最初發(fā)生了什么，無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)生的問題。
這些信息讓科學(xué)家越來越接近質(zhì)子轉(zhuǎn)移之謎的答案，有助于回答化學(xué)和生物學(xué)中更多的問題。這一成果還將對結(jié)構(gòu)生物學(xué)產(chǎn)生重要影響，因為當(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)隊希望提高電子束的強(qiáng)度并提高實驗的時間分辨率，以便能夠真正了解質(zhì)子隨時間解離的每一個步驟。
