
Физики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфорде получили видеозапись изменений, происходящих с возбужденной молекулой иода с временным и пространственным разрешением порядка 30 фемтосекунд и 0,3 ангстрема (в пять раз меньше, чем характерная длина химической связи). Это стало возможно благодаря новому подходу к исследованию таких систем, разработанному авторами. Детальный анализ данных позволяет четко выделить основные стадии разрыва молекулы. Для достижения рекордно высокого разрешения ученые использовали внутренний стандарт, с которым сравнивалось состояние системы. Этот стандарт является одним из двух состояний суперпозиции «кота Шредингера», возникавшей в молекулах иода. Ученые отмечают, что та же методика может найти применение при исследовании превращений других малых молекул. Исследование принято к публикации в журнале Physical Review Letters (препринт), кратко о нем сообщает Gizmodo. Наглядно показывает возникновение в системе «кота Шредингера» видео, опубликованное на канале лаборатории.Один из путей взаимодействия вещества со светом — его поглощение. При этом энергия кванта света добавляется к собственной энергии молекулы вещества, поглотившего фотон. Это приводит к изменениям в молекуле, она переходит в возбужденное электронное состояние. Время его жизни невелико — в большинстве случаев частица переходит в более устойчивое состояние за миллиардные доли секунды или даже быстрее. Часто для этого молекулы испускают квант света обратно, но в некоторых случаях происходит разрыв химических связей. Такое явление получило название фотодиссоциации.Детали механизма фотодиссоциации требуют очень быстрых и точных техник анализа состояния молекул. Один из лучших кандидатов для этого — рассеяние рентгеновских лучей. Фотоны рентгеновского диапазона обладают длиной волны, сопоставимой с размерами атома, и способны взаимодействовать с его электронной оболочкой. В результате изначально параллельный пучок формирует на детекторе пятно рассеяния, по форме которого ученые могут восстановить детали электронной структуры молекулы. Для того чтобы анализировать эти данные с высоким разрешением, физикам необходим некоторый стандарт — сигнал, с которым можно будет сравнивать пятно рассеяния возбужденной распадающейся молекулы. В ранних работах ученые использовали теоретические модели для исследования пятна рассеяния. В новой работе авторы впервые использовали в качестве внутреннего стандарта одно из двух состояний кота Шредингера, возникавшего в эксперименте.Объяснить возникновение кота Шредингера (ситуации, когда система одновременно находится в двух состояниях и коллапсирует в одно из них при попытке измерения) можно следующим образом. При облучении облака молекул светом лишь часть из них переходит в возбужденное состояние. До момента измерения невозможно сказать, какие частицы возбуждены, а какие нет. В терминах квантовой механики, каждая отдельная молекула оказывается в суперпозиции возбужденного и невозбужденного состояния и проявляет каждое из них с определенной вероятностью. Если затем облучить такую систему рентгеновскими фотонами, то они будут взаимодействовать как с возбужденными, так и с невозбужденными состояниями. Физики объясняют, что два типа рассеянного рентгеновского излучения (от возбужденных и невозбужденных частиц) интерферируют (складываются) между собой. В результате на детекторе образуется характерная картина, анализ которой и раскрывает детали движения атомов. Ученые отмечают, что эта картина отличается от рассеяния рентгеновского излучения на смеси возбужденных и невозбужденных молекул и описывается другими уравнениями. 
