证明这项技术是有效的，让科学家们离揭开氢转移之谜又近了一步。
科学家们已经捕捉到了快速移动的氢原子——无数生物和化学反应的关键——正在发生的变化。
由美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员领导的一个研究小组使用超快电子衍射(UED)记录了氨分子中氢原子的运动。另一些人认为他们可以用电子衍射来追踪氢原子，但直到现在还没有人成功地完成这个实验。
高能电子的势能
该研究结果发表在10月5日的《物理评论快报》上，利用高能兆电子伏(MeV)电子的力量来研究氢原子和质子转移，即构成氢原子核的单个质子从一个分子移动到另一个分子。
在生物学和化学中，质子转移驱动着无数的反应——想想酶，它有助于催化生化反应，质子泵，它对线粒体至关重要，细胞的动力——因此，确切地知道它的结构在这些反应中是如何演变的将是有帮助的。但是质子的转移速度非常快——在几飞秒内，也就是十亿分之一秒的百万分之一。捕捉它们的动作是很有挑战性的。
观测技术的挑战
一种可能性是向一个分子发射x射线，然后利用散射的x射线来了解分子演变过程中的结构。唉，x射线只与电子相互作用，而不是原子核，所以它不是最灵敏的方法。
为了找到他们一直在寻找的答案，由SLAC科学家托马斯·沃尔夫领导的一个团队，让SLAC的超快电子衍射相机MeV-UED工作。他们使用了气相氨，它有三个氢原子和一个氮原子相连。研究小组用紫外光照射氨，使其中一个氢-氮键解离或断裂，然后发射一束电子穿过氨并捕获衍射电子。
成就及启示
在这个过程中，研究小组成功地探测到氢原子与氮核分离的信号，并注意到随后的分子结构变化。此外，被偏转的电子以不同的角度射出，从而使两种信号得以区分。
沃尔夫说:“在同一个实验中，对电子敏感的东西和对原子核敏感的东西是非常有用的。”“如果我们能看到原子离解时首先发生了什么——是原子核还是电子首先分离——我们就能回答离解反应是如何发生的问题。”
有了这些信息，科学家们就可以接近难以捉摸的质子转移机制，这可能有助于回答化学和生物学中的无数问题。了解质子在做什么可能对结构生物学有重要的意义，在结构生物学中，传统的方法，如x射线晶体学和低温电子显微镜很难“看到”质子。
未来的发展方向
未来，该小组将在SLAC的x射线激光器，直线加速器相干光源(LCLS)上使用x射线进行同样的实验，看看结果有多大的不同。他们还希望提高电子束的强度，提高实验的时间分辨率，这样他们就可以真正地解决质子随时间分解的各个步骤。
参考文献:“用超快电子衍射成像氨中的飞秒电子和氢结构动力学”，作者:Elio G. Champenois, Nanna H. List, Matthew Ware, Mathew Britton, Philip H. Bucksbaum, Xinxin Cheng, Martin Centurion, James P. Cryan, Ruaridh Forbes, Ian Gabalski, Kareem Hegazy, Matthias C. Hoffmann, Andrew J. Howard，纪福浩，林明福，J. Pedro F. Nunes，沈晓哲，杨杰，王希杰，Todd J. Martinez和Thomas J. A。Wolf, 2023年10月5日，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.131.143001
这项研究的部分资金由美国能源部科学办公室提供。MeV-UED是SLAC LCLS x射线激光设备的一种仪器。LCLS是美国能源部科学办公室的用户设施。