Найден способ фотографировать водородные связи

Ученым впервые удалось сфотографировать водородные связи — достаточно слабый тип связей, который, тем не менее, определяет физико-химические свойства многих веществ. Работа исследователей появилась в журнале Journal of the American Chemical Society, коротко о ней пишет New Scientist.

Водородные связи образуются между атомом водорода, связанным с так называемым электроотрицательным атомом (например, кислородом или фтором), и другим электроотрицательным атомом той же или соседней молекулы. Электроотрицательные атомы способны "перетягивать" в свою сторону электроны своих соседей, например водорода. При этом водород приобретает частичный положительный заряд и начинает взаимодействовать с находящимся неподалеку электроотрицательным атомом, который несет частичный отрицательный заряд, — образуется водородная связь.

Авторы новой работы изначально не планировали визуализировать эти связи — они занимались изучением сложной органической молекулы PTCDA (перилен-3,4,9,10-тетракарбон-3,4,9,10-диангидрид) при помощи метода сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Эта технология позволяет определять "рельеф" изучаемых объектов за счет так называемого туннельного эффекта. Этим термином называют способность электрона преодолевать энергетический потенциальный барьер между двумя областями пространства (туннелирование — это явление квантовой природы, невозможное в классической механике).

При проведении СТМ над изучаемым объектом на высоте нескольких ангстрем (один ангстрем — это 10-10 метра) скользит игла микроскопа, на которую подается ток. При этом происходит туннелирование электронов, причем их количество зависит от расстояния от иглы до объекта. В своих предыдущих работах авторы выяснили, что разрешение итоговых изображений повышается, если между иглой и исследуемой поверхностью поместить охлажденный водород.

В ходе нового исследования ученые выяснили, что добавление водорода также позволяет увидеть водородные связи между молекулами PTCDA — на иллюстрации к новости они показаны зеленым цветом. На данный момент специалисты не могут объяснить природу наблюдаемого эффекта и собираются заняться соответствующими исследованиями в ближайшее время.

Недавно другой коллектив ученых опубликовал работу, в которой описано еще одно достижение в технологии микроскопии. Используя атомный силовой микроскоп, исследователи смогли предсказать пространственную структуру молекулы — то есть определить, как именно в ней расположены атомы.

Возможно физики нашли новую частицу

Теватрон — ускоритель-коллайдер с самой высокой в мире энергией частиц (у него лишь один конкурент: пока не вошедший в строй Большой адронный коллайдер) — расположен в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Батавия, США). Детектор ускорителя регистрирует частицы, испускаемые в результате столкновения пучков протонов и антипротонов. В описываемом эксперименте предполагалось отслеживать нижние кварки и антикварки, при распаде которых помимо прочего рождаются как минимум две заряженные частицы — мюоны.

Однако ученых ожидал сюрприз. Во-первых, образовалось гораздо больше мюонов, чем ожидалось. Во-вторых, некоторые из этих частиц рождались на значительном удалении от места столкновения пучков. Объяснения этого явления в рамках Стандартной модели теории элементарных частиц физики пока дать не могут. Один из сотрудников лаборатории, Джакобо Конигсберг, в своем заявлении отдельно подчеркивает, что для подтверждения реальности эффекта необходимо провести еще несколько экспериментов.

Теоретики, впрочем, куда охотнее выдвигают различные версии. Если в опубликованных результатах нет ошибки, получается, что при столкновении пучков родилась неизвестная доселе частица с временем жизни около 20 пикосекунд, которая преодолела расстояние в 1 см, а затем распалась на мюоны. Так откуда она появилась? Помощь в ответе на этот вопрос может оказать разработанная американцами теория темного вещества, постулирующая наличие особых частиц — "носителей энергии" с массами около 1 ГэВ/с2. Параметры мюонов, полученных в эксперименте на Теватроне, свидетельствуют о распаде частицы примерно с такой массой. Нил Вайнер (Neal Weiner), один из создателей теории, не скрывает своего удовлетворения: "Сегодня мы пытаемся точно определить, являются ли эти результаты доказательством существования темного вещества". Об этом сообщает "Компьюлента" со ссылкой на NewScientistSpace