科学家拍摄到原子在辐射衰变前的漫游画面，揭示了辐射损伤的一个隐藏驱动因素。来自马克斯普朗克学会弗里茨·哈伯研究所的研究团队，联合国际合作伙伴完成了这一突破性研究。该成果发表于 2026 年 3 月 24 日的科学日报，详细记录了高能辐射如何扰动原子和分子。这是首次直接观测到此类动态过程。
高能辐射如 X 射线会损害活细胞，因为它能破坏重要的生物分子。当粒子受到激发时，它们往往会分解并破坏更大的生物系统。科学家深入研究了多种衰变过程，以更好地理解辐射如何造成损害。此次研究聚焦于一种特定的辐射驱动过程，称为电子转移介导衰变。该过程涉及能量在不同原子间的复杂转移。
为了调查这一过程，研究人员使用了一个简单的模型系统，即一个氖原子弱结合两个氪原子。他们使用软 X 射线击出氖原子中的一个电子，随后追踪系统在衰变发生前长达一皮秒的演变。这一时间跨度在原子时间尺度上被认为是极长的。团队利用先进的 COLTRIMS 反应显微镜在柏林 BESSY II 和汉堡 PETRA III 同步辐射设施上重建了衰变发生瞬间原子的确切排列。
这些测量与详细的从头计算模拟相结合，追踪了 1000 种以上的可能原子路径。研究结果揭示了一个意外发现，原子并未固定在原地不动。相反，它们以类似漫游的模式移动，不断改变位置并重塑系统结构。这种运动强烈影响了衰变的时机和结果，导致不同的衰变率。
首席作者之一弗洛里安·特林特表示，人们可以亲眼目睹衰变发生前原子的移动。他指出，衰变不仅仅是一个电子过程，而是由核运动以非常直接且直观的方式引导。这一发现表明，原子核运动并非次要修正，而是从根本上控制非局部电子衰变的效率。
资深作者蒂尔·雅恩克解释道，原子在衰变最终发生前探索了配置空间的大区域。不同排列在不同时刻占主导地位，早期衰变发生在原始构型附近。随着时间推移，氪原子移动，创造出有利于电子转移和能量流动的条件。这种几何变化导致衰变速率存在显著差异。
电子转移介导衰变之所以引起关注，是因为它会产生低能电子，可能触发液体和生物材料中的化学损伤。了解过程如何依赖原子排列和运动，对于准确模拟水中的辐射损伤至关重要。这对于解释超快 X 射线实验数据同样具有必要性。准确建模需要考虑到原子核运动的动态影响。
该结果支持开发能够将这些见解应用于更大和更复杂系统的理论模型。通过为最简单的三原子系统提供精确基准，该研究为扩展这些理念奠定了基础。研究人员计划将这些想法应用于液体、溶剂化离子和生物系统。
这项工作展示了非局部电子衰变如何作为分子运动的有力探针。它为以前所未有的细节成像弱结合物质中的超快动力学打开了大门。马克斯普朗克学会提供了材料支持，内容可能经过编辑。该研究为理解复杂环境下的物理过程提供了新的基准。
随着技术的进步，未来的研究将能够更精确地模拟复杂环境下的辐射效应。科学界将继续关注这一领域，以开发减少辐射危害的新方法。这一突破为理解微观世界提供了更清晰的视野。潜在的医疗应用和材料防护技术可能因此受益。
