Ku dokładnemu opisowi kwantowemu dynamiki molekularnej Badacze wspierani ze środków UE naładowali złożone systemy molekularne skrajnym ultrafioletem (XUV) i promieniowaniem rentgenowskim miękkim, aby zbadać ich dynamikę na poziomie kwantowym. Badanie dostarczyło cennych informacji na temat skomplikowanych zależności między reakcjami chemicznymi, których nie sposób opisać przybliżeniem Borna-Oppenheimera. Technologie przemysłowe © Thinkstock Protony w cząstkach i atomach są około 1800 razy cięższe niż szybko poruszające się elektrony. To dlatego, w większości przypadków, naukowcy zakładają, że jądra poruszają się na tyle wolno, że elektrony pozostają w stanie podstawowym dla określonego zbioru pozycji jąder. To tzw. przybliżenie Borna-Oppenheimera jest szeroko stosowane w symulacjach kwantowo-mechanicznych złożonych systemów molekularnych. Jednak w niektórych przypadkach przybliżenie Borna-Oppenheimera nie ma zastosowania. Na przykład gdy atom porusza się wstecz i naprzód w metalu, wchodzi w interakcję z innymi elektronami i traci część własnej energii na rzecz gazu elektronowego. Siły ciągu wywierane przez gaz elektronowy na wibrujący atom są niezachowawcze, a wyciszenia wibracji nie daje się opisać przybliżeniem Borna-Oppenheimera. W ramach projektu XBEBOA (Extreme ultraviolet and X-ray spectroscopy to understand dynamics beyond the Born Oppenheimer approximation), finansowanego przez UE, naukowcy wykroczyli poza przybliżenie Borna-Oppenheimera. Zespół opracował zaawansowane narzędzia wykorzystujące nowe femtosekundowe impulsy świetlne do badania kompleksów metalowo-organicznych. Zespół projektu XBEBOA wykorzystał generację wysokich harmonicznych, technikę produkcji przestrzennie i czasowo spójnego światła XUV, a także impulsy świetlne o długości zaledwie kilkuset femtosekund. Stworzony układ eksperymentalny składa się z siatki przejściowej, rozdzielonego w czasie fotoelektronu i spektrometrów fotojonizacji do badań roztworów gazowych i ciekłych. W pierwszych eksperymentach prowadzonych na przemianie fazowej izolator na metal na próbkach ditlenku wanadu dawało się wyraźnie rozróżnić sygnatury spektralne procesów elektronicznych i jądrowych. Różnicowanie światła XUV w sąsiedztwie wzbudzonych elektronów z próbek przy niższych energiach fotonów było największym wyzwaniem dla ultraszybkiej spektroskopii przed pojawieniem się projektu XBEBOA. Ponadto zespołowi udało się stworzyć warunki pozwalające, by każdy atom w cząstce buckminsterfullerenu (C60) zaabsorbował liczne fotony podczas impulsów promieniowania rentgenowskiego o femtosekundowym czasie trwania. W tym celu wykorzystano laser na swobodnych elektronach korzystający z wiązki LCLS (Linac Coherent Light Source). Podobne warunki potrzebne są do obrazowania białek i wirusów w badaniach próbek biomolekularnych. Zespół projektu XBEBOA liczy na wykorzystanie układu eksperymentalnego również po zakończeniu realizacji projektu, by móc dokonać obliczenia właściwości ciał stałych, ciekłych i gazów, unikając surowych przybliżeń stosowanych w przeszłości do opisywania ich zachowania kwantowo-mechanicznego. Słowa kluczowe Dynamika molekularna, skrajny ultrafiolet, miękkie promieniowanie rentgenowskie, przybliżenie Borna-Oppenheimera, kwantowo-mechaniczny
