Вчені, використовуючи можливості рентгенівського лазера з Національної лабораторії лінійних прискорювачів SLAC, вперше в історії зробили знімки, на яких зафіксовано момент перехідного стану, коли між двома атомами тільки починає встановлюватися слабка зв’язок, що в подальшому призведе до формування стабільної молекули. Дане досягнення матиме величезний вплив на глибину розуміння того, як насправді починаються і відбуваються хімічні реакції, що використовуються людьми для отримання енергії, створення нових хімічних сполук, лікарських препаратів і багато чого іншого.»Те, що ми бачили, є основою всієї хімії. Це те, що ми по праву вважаємо Священним Граалем цієї галузі науки» — розповідає Андерс Нільсон (Anders Nilsson), професор Стенфордського університету і співробітник лабораторії SLAC, — «Під час хімічних реакцій молекули і атоми перебувають у такому перехідному стані вкрай короткий час і не піддаються прогнозуванню моменти часу, і ніхто не думав, що коли-небудь ми будемо в змозі побачити все це вживу».Дані експерименти проводилися за допомогою джерела SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS). Цей джерело виробляє висвітлюють атоми і молекули дуже інтенсивні і дуже короткі імпульси рентгенівського випромінювання, довжина яких дозволяє робити знімки, час експозиції яких вкрай і вкрай мало. Це, в свою чергу, дозволяє фіксувати навіть окремі етапи хімічних реакцій з точністю, яка раніше була просто недосяжна.Хімічною реакцією, яку вивчали вчені за допомогою лазера LCLS, є реакція каталітичного горіння (окислення) чадного газу (CO), яка широко використовується у всіх автомобільних каталізаторах. Реакція відбувається на поверхні каталітичного матеріалу, який захоплює молекули чадного газу і кисню. У разі, якщо вищезазначені молекули знаходяться досить близько, молекула кисню розщеплюється на два атома, один з яких реагує з молекулою чадного газу, утворюючи молекулу вуглекислого газу.В експерименті використовувався каталізатор на основі рутенією, а хімічна реакція ініціювалася за допомогою оптичного імпульсу лазера, який нагрівав каталізатор до температури в 2 тисячі градусів за шкалою Кельвіна. Така висока температура досить активного каталітичного речовини служила гарантом того, що рухаються з великою швидкістю молекули будуть інтенсивно стикатися один з одним і вступати в хімічну реакцію.Спостереження за процесами, що відбуваються проводилися за допомогою імпульсів рентгенівського лазера LCLS. Мала довжина цих імпульсів дозволяла фіксувати навіть зміни в положенні електронів атомів, задіяних у хімічній реакції. І ці зміни, які відбувалися всього за кілька фемтосекунд, були ознаками формування нових хімічних зв’язків.»Ми з’ясували, що першою починалася активізація атомів кисню. Трохи пізніше відбувалася активізація молекул чадного газу» — розповідає Андерс Нільсон, — «Вони починали сильно вібрувати і трохи переміщатися в бік один одного. По закінченню декількох трильйонну частку секунди вони стикалися і переходили у проміжний стан, після чого відбувалося швидке формування нової молекули».Все, що вдалося побачити вченим з лабораторії SLAC, незабаром буде підтверджено експериментами інших груп вчених, що працюють на інших інструментах, після чого результати даних досліджень можна буде вважати повністю достовірними. А науковці лабораторії SLAC вже зараз почали планувати вивчення перехідних станів під час проведення інших каталітичних хімічних реакцій, продуктами яких є сполуки, що широко використовуються в різних галузях сучасної промисловості, що, на їхню думку, дозволить розробити нові високоефективні каталітичні склади для цих реакцій.