如何理解和控制構成宇宙的分子？

氫-3（H3 ）被科學家們認為是構成宇宙的分子，在最近一期的《自然通訊》和《化學物理》期刊上，密歇根州立大學研究人員利用高速激光聚焦於H3 形成的關鍵機制及其不同尋常的化學過程。H3 在宇宙、銀河系、氣態巨行星和地球電離層中普遍存在，也在馬科斯·丹圖斯(Marcos Dantus)的實驗室中被創造和研究。丹圖斯是一名傑出的化學和物理教授。利用超快激光和丹圖斯發明的技術，一組科學家開始了解這種標誌性分子的化學成分。觀察漫遊的H2分子如何演化成H3 ，簡直令人震驚，首先用甲醇記錄了這個過程。

博科園-科學科普：現在已經能夠在許多分子中擴展和複製這個過程，並發現了許多新的途徑。天體化學家看到了全局，觀察H3 並從星際的角度定義它。它的生成速度如此之快，甚至比子彈穿過一個原子的時間還短，因此很難在如此短的時間尺度內找出三個化學鍵是如何斷裂的，以及三個新化學鍵是如何形成的。這時化學家們開始使用飛秒激光，丹圖斯團隊並沒有使用望遠鏡來研究恆星，而是直接觀察這幅小圖片。整個過程是在分子水平上觀察，以飛秒為單位測量——十億分之一秒的百萬分之一。

馬科斯·丹圖斯(Marcos Dantus)是一名大學化學和物理學傑出教授，他用激光再現了星際離子。圖片：MSU

團隊查看的過程需要100到240飛秒。丹圖斯知道這一點，因為當他發出第一個激光脈衝時，時鐘就開始了。然後激光脈衝「看到」發生了什麼。雙激光技術揭示了氫的轉移，以及氫的漫遊化學，這是負責H3 的形成。漫遊機制短暫地產生一個中性分子(H2)，它停留在附近並提取出第三個氫分子形成H3 。事實證明，發生這種情況的方式不止一種。在一項涉及乙醇的實驗中，研究小組發現了六種可能的途徑，證實了其中四種。由於激光脈衝可以與聲波相媲美，丹圖斯團隊發現了一種增強H3 形成的「音調」，以及一種抑制H3 形成的「音調」。

當把這些「形狀」脈衝轉換成一個滑動哨子時，當音符開始變平、輕微上升並以向下、更深的俯衝結束時，就成功地形成了。對於化學家來說，這首歌就是音樂，他們可以為這一突破設想許多潛在的應用。這些化學反應是宇宙生命的基石，在涉及有機分子和有機離子的高能化學反應中漫遊氫分子的普遍存在，不僅與激光輻照的材料有關，而且與x射線、高能電子、正電子等輻照的材料和構成有關。這項研究揭示了與宇宙中水和有機分子形成有關的化學，從天體化學到醫學，它能解開的秘密是無窮無盡的！

博科園-科學科普｜研究/來自: 密歇根州立大學/Layne Cameron

參考期刊文獻:《Nature Communications》,《Journal of Chemical Physics》

DOI: 10.1038/s41467-018-07577-0

DOI: 10.1063/1.5070067

博科園-傳遞宇宙科學之美

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