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科技日报北京8月26日电 （记者刘霞）由美国能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学和瑞典斯德哥尔摩大学科学家组成的科研团队首次直接考察到了邻近水分子之间的“量子拖拽”，这一新研究展现了水奇异性子的微观起源，并有助于科学家更好地明晰水若何辅助卵白质在生物体中施展作用。研究揭晓于最新一期《自然》杂志。
每个水分子包罗一个氧原子和两个氢原子，一个水分子中带正电的氢原子和相邻水分子中带负电的氧原子之间的氢键网将它们毗邻在一起，这一庞大网络是水拥有许多令人费解特征的“幕后元勋”，但研究职员此前一直无法直接考察水分子与“邻人”若何相互作用。
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向导这项研究的前SLAC科学家、现清华大学长聘副教授杨杰在接受科技日报记者采访时注释称，由于氢键的运动幅度小、速率快，对其在实验中的直接考察是一大挑战。研究职员使用美国SLAC国家实验室的MeV-UED装置战胜了这个问题。MeV-UED是一款高速“电子相机”，通过高能超短电子束的散射来探测细微的分子运动。
在最新研究中，研究团队缔造了100纳米厚（厚度仅为人头发丝的千分之一）的液态水射流，并用红外激光使水分子振动。随后，他们使用来自MeV的高能电子短脉冲轰击分子，并借助这一方式获得了分子内移动的原子结构的高分辨率快照。每一张快照就是一帧画面，串在一起则形成了一个视频，展示了水分子网络若何对光作出反映。他们发现，当一个受激水分子最先振动时，在量子效应的作用下，它的氢原子会拉近相邻水分子中的氧原子，然后将它们推开。
杨杰示意：“很长一段时间以来，科学家们一直试图行使光谱手艺来明晰氢键网络，但对其中的原子运动只能间接推断，一直没法直接考察。我们首次直接考察到了这些分子之间的‘量子拖拽’。我们设计行使这一方式进一步领会氢键的量子性子及其在水的奇异性子中所起的作用，以及水的这些性子在许多化学和生物历程中所起的要害作用。”
另一研究职员王西杰说：“最新研究为水领域的相关研究打开了一个窗口，我们有望在此基础上展现水是若何导致地球上生命的起源和生计的，并为可再生能源生长提供新信息。”
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