Para ilmuwan telah menggunakan sinar-X intens untuk memvisualisasikan bagaimana laser kuat menyebabkan molekul buckyball, C60, mengembang, terfragmentasi, dan kehilangan elektron. Eksperimen yang dilakukan di SLAC National Accelerator Laboratory mengungkap tahap-tahap kunci respons molekuler pada intensitas laser yang berbeda. Temuan menyoroti kesenjangan dalam model saat ini untuk memprediksi perilaku molekuler di bawah cahaya ekstrem.
Peneliti dari Max Planck Institute for Nuclear Physics di Heidelberg, Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems di Dresden, dan Max Born Institute di Berlin, bersama kolaborator internasional, mengekspos Buckminsterfullerene (C60) terhadap denyut laser inframerah kuat. Menggunakan denyut sinar-X ultrasingkat dari Linac Coherent Light Source (LCLS) di SLAC, mereka menangkap pola difraksi waktu nyata untuk melacak transformasi molekul.
Analisis berfokus pada dua parameter dari difraksi sinar-X: radius molekul rata-rata R, yang menunjukkan ekspansi atau deformasi, dan amplitudo Guinier A, yang berkaitan dengan kuadrat jumlah atom penyebar efektif dan mengungkap fragmentasi.
Pada intensitas laser rendah, C60 pertama kali mengembang tanpa pemecahan segera, ditunjukkan oleh peningkatan awal R diikuti penurunan tertunda A saat fragmentasi dimulai secara sederhana.
Pada intensitas sedang, ekspansi mendahului pengurangan radius dalam gambar, menandakan penyebaran dari fragmen yang lebih kecil, dikonfirmasi oleh penurunan amplitudo Guinier yang sedikit tertunda.
Pada intensitas tertinggi, ekspansi cepat terjadi bersamaan dengan penurunan amplitudo Guinier segera di awal denyut, menunjukkan pelepasan cepat elektron valensi luar. Model teoretis mereplikasi efek 'tendangan' ini tetapi gagal memprediksi perilaku yang diamati pada intensitas lebih rendah, seperti tidak adanya osilasi dari gerakan 'pernapasan' molekuler. Mengintegrasikan pemanasan ultrafast dalam model lebih baik menyelaraskan prediksi dengan data, menekankan kebutuhan perlakuan kuantum yang disempurnakan untuk dinamika multi-elektron dalam molekul kompleks.
Wawasan ini, dirinci dalam makalah Science Advances 2025, memajukan pemahaman reaksi kimia yang didorong cahaya dan menguji proses kuantum dalam sistem poliatomik.