微“观”分子 探索未知——近代物理研究所碰撞动力研究团队为复杂分子精准“画像”

微“观”分子 探索未知

——近代物理研究所碰撞动力研究团队为复杂分子精准“画像”

　　新甘肃·甘肃日报记者 吴涵

　　“首次发现了质子跨越氢键转移和重离子在分子间转移等新解离机制。”

　　“首次观测到电子碰撞诱导的原子间库仑衰变。”

　　“由项目发展出的新数据处理方法被国际同行广泛采用。”

　　近期，中国科学院近代物理研究所原子物理中心碰撞动力研究团队在分子成像领域取得重要进展。他们利用兰州重离子加速器产生的高电荷态离子束流作为“探针”，结合自主研发的反应显微成像谱仪（一台超高精度的“超级显微镜”），首次成功实现了对复杂分子的高精度结构成像，并创新性地提出了鉴别分子同分异构体的新方法。相关重要成果发表在国际顶级物理学期刊。

　　“这些进展标志着我们用重离子加速器开展的量子少体动力学机制研究，从并行、跟跑进入在国际上领先的时代。”近代物理所原子物理中心首席科学家马新文研究员告诉记者。

　　我们知道，分子是构成物质世界的基本单元，其内部结构的微小差异或瞬间动态，直接决定了物质的性质和功能。然而分子尺度极小、内部运动速度极快，直接观测其“真容”曾是巨大的挑战，无异于在惊涛骇浪中看清一粒沙子。

　　“给分子‘拍照’，捕捉其最本真的结构和最瞬时的动态，是我们团队20年来孜孜以求的目标。”原子物理中心副主任张少锋研究员告诉记者。这个看似不切实际的想法，却成了科研人员下定决心要攀登的“科学高峰”。

　　研究团队从原理出发，历经无数次演算、调试与失败，最终成功自主研制出核心设备——反应显微成像谱仪。“这台装置灵敏度极高，甚至能监测一个原子从10米高度自由落体所携带的微小动量。”张少锋解释道。团队经过集智攻关，在克服了探测器精度、电荷累积效应、电源稳定性乃至微小螺丝钉磁性等无数技术细节难关后，在2019年前后，这台“超级显微镜”首次以超高分辨率捕捉到了离子撞击分子后产生的碎片分布和精确运动轨迹。

　　“当我们首次利用高电荷态离子束流，成功获得复杂分子的高精度成像时，那种揭开自然密码的喜悦难以言表。”团队成员许慎跃回忆道。

　　一路走来，殊为不易。

　　借助这台“超级显微镜”和兰州重离子加速器提供的高品质离子束流，研究团队将目光投向了一个“剧烈”而迷人的问题：重离子如何“撕裂”分子与团簇？

　　“分子和团簇是介于孤立原子和凝聚态物质之间的中间状态。”研究人员告诉记者。

　　经过高精度测量分子库仑爆炸过程，研究人员发现了重离子诱导分子、团簇碎裂中许多重要新机制；创新性地通过开展以双原子分子为“双缝”的物质波杨氏双缝干涉实验和理论研究，拓展了大家对“非局域实在性”“量子纠缠”等基本物理概念内涵的认识。

　　“这是科学家首次在实验上实现了爱因斯坦的思想实验，并直接证实了玻尔对于双缝干涉实验的量子力学自洽性论断。”马新文说，“近20年来，具有大型离子加速器、同步辐射和超快强激光的实验室，都竞相开展粒子与分子、团簇碰撞解离实验，极大促进了多体碎裂动力学机制的研究。”

　　其实，项目团队很早就在兰州重离子加速器大科学装置上布局了相关的研究方向。现在，自主发展了先进的多重符合成像测量技术，建成了基于加速器装置的实验平台，各项研究工作都在逐步推进。

　　这些研究成果不仅深化了对原子分子弱束缚体系解离反应机制的理解，还为重离子治癌及辐射损伤等分子水平微观机理的研究提供了重要的科学依据。

　　从大科学装置平台上的默默耕耘，到国际领先技术的自主突破，再到量子世界基本概念的深度探索……这支团队用20年如一日的坚守与智慧，在微观世界的画卷上写下了浓墨重彩的一笔，如那奔涌不息的重离子束和永不疲倦的粒子流，穿透已知的边界，向着更深邃的未知疾驰。