استخدم العلماء أشعة سينية شديدة لتصور كيفية دفع الليزرات القوية لجزيء البكيبال، C60، للتمدد والتفتت وفقدان الإلكترونات. كشف التجربة، التي أجريت في مختبر SLAC الوطني للتسريع، عن مراحل رئيسية لاستجابة الجزيء عند شدات ليزر مختلفة. تبرز النتائج الفجوات في النماذج الحالية للتنبؤ بسلوك الجزيئات تحت ضوء شديد.
باحثون من معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية في هايدلبرغ، ومعهد ماكس بلانك لفيزياء الأنظمة المعقدة في درسدن، ومعهد ماكس بورن في برلين، بالإضافة إلى شركاء دوليين، عرضوا Buckminsterfullerene (C60) لنبضات ليزر تحت حمراء قوية. باستخدام نبضات أشعة سينية قصيرة جداً من Linac Coherent Light Source (LCLS) في SLAC، التقطوا أنماط انعراج في الوقت الفعلي لتتبع تحول الجزيء.
ركز التحليل على معاملين من انعراج الأشعة السينية: نصف القطر الجزيئي المتوسط R، الذي يشير إلى التمدد أو التشوه، وامplitud Guinier A، الذي يرتبط بعدد فعال الذرات المتناثرة المربع ويكشف عن التفتت.
عند شدة ليزر منخفضة، يتمدد C60 أولاً دون تفكك فوري، كما يظهر زيادة أولية في R تليها انخفاض متأخر في A مع بدء التفتت بشكل متواضع.
عند شدة متوسطة، يسبق التمدد انخفاض نصف القطر في الصور، مشيراً إلى تناثر من شظايا أصغر، مدعوماً بانخفاض متأخر قليلاً في amplitud Guinier.
عند الشدة الأعلى، يحدث تمدد سريع مع انخفاض فوري في amplitud Guinier في بداية النبضة، مشيراً إلى إزالة سريعة لإلكترونات الإلكترون السطحي الخارجي. تقلد النماذج النظرية هذا التأثير 'الركلة' لكنها تفشل في التنبؤ بالسلوكيات المرصودة عند الشدات الأقل، مثل غياب الاهتزازات من حركات 'التنفس' الجزيئية. دمج التسخين الفائق السرعة في النماذج يتوافق بشكل أفضل مع البيانات، مما يؤكد الحاجة إلى معالجات كمية محسنة لديناميكيات الإلكترونات المتعددة في الجزيئات المعقدة.
تقدم هذه الرؤى، المفصلة في ورقة Science Advances لعام 2025، فهم تفاعلات كيميائية مدفوعة بالضوء واختبار عمليات كمية في أنظمة متعددة الذرات.