氢-3（H3+）被科学家们认为是构成宇宙的分子，在最近一期的《自然通讯》和《化学物理》期刊上，密歇根州立大学研究人员利用高速激光聚焦于H3+形成的关键机制及其不同寻常的化学过程。H3+在宇宙、银河系、气态巨行星和地球电离层中普遍存在，也在马科斯·丹图斯(Marcos Dantus)的实验室中被创造和研究。丹图斯是一名杰出的化学和物理教授。利用超快激光和丹图斯发明的技术，一组科学家开始了解这种标志性分子的化学成分。观察漫游的H2分子如何演化成H3+，简直令人震惊，首先用甲醇记录了这个过程。
博科园-科学科普：现在已经能够在许多分子中扩展和复制这个过程，并发现了许多新的途径。天体化学家看到了全局，观察H3+并从星际的角度定义它。它的生成速度如此之快，甚至比子弹穿过一个原子的时间还短，因此很难在如此短的时间尺度内找出三个化学键是如何断裂的，以及三个新化学键是如何形成的。这时化学家们开始使用飞秒激光，丹图斯团队并没有使用望远镜来研究恒星，而是直接观察这幅小图片。整个过程是在分子水平上观察，以飞秒为单位测量——十亿分之一秒的百万分之一。
马科斯·丹图斯(Marcos Dantus)是一名大学化学和物理学杰出教授，他用激光再现了星际离子。图片：MSU
团队查看的过程需要100到240飞秒。丹图斯知道这一点，因为当他发出第一个激光脉冲时，时钟就开始了。然后激光脉冲“看到”发生了什么。双激光技术揭示了氢的转移，以及氢的漫游化学，这是负责H3+的形成。漫游机制短暂地产生一个中性分子(H2)，它停留在附近并提取出第三个氢分子形成H3+。事实证明，发生这种情况的方式不止一种。在一项涉及乙醇的实验中，研究小组发现了六种可能的途径，证实了其中四种。由于激光脉冲可以与声波相媲美，丹图斯团队发现了一种增强H3+形成的“音调”，以及一种抑制H3+形成的“音调”。
当把这些“形状”脉冲转换成一个滑动哨子时，当音符开始变平、轻微上升并以向下、更深的俯冲结束时，就成功地形成了。对于化学家来说，这首歌就是音乐，他们可以为这一突破设想许多潜在的应用。这些化学反应是宇宙生命的基石，在涉及有机分子和有机离子的高能化学反应中漫游氢分子的普遍存在，不仅与激光辐照的材料有关，而且与x射线、高能电子、正电子等辐照的材料和构成有关。这项研究揭示了与宇宙中水和有机分子形成有关的化学，从天体化学到医学，它能解开的秘密是无穷无尽的！
博科园-科学科普｜研究/来自:密歇根州立大学/Layne Cameron
参考期刊文献:《Nature Communications》,《Journal of Chemical Physics》
DOI: 10.1038/s41467-018-07577-0
DOI: 10.1063/1.5070067
博科园-传递宇宙科学之美
