Учёные впервые сняли «атомное кино», показывающее скрытый механизм радиационного повреждения

Международная группа учёных впервые создала «атомное кино», показывающее, как атомы перемещаются друг вокруг друга перед распадом. Это открытие раскрывает ключевой механизм повреждения биологических тканей радиацией.

Исследователи из Института Фрица Габера Общества Макса Планка и их коллеги изучили процесс распада, опосредованного переносом электрона (ETMD). Этот процесс, запускаемый радиацией, может приводить к распаду слабо связанных атомов и образованию высокореактивных частиц в воде, что является ключевым фактором повреждения биологических систем.

В эксперименте использовалась простая модель — тример из одного атома неона и двух атомов криптона (NeKr2). Учёные выбивали электрон из атома неона с помощью мягкого рентгеновского излучения и отслеживали эволюцию системы в течение пикосекунды до момента распада, используя реакционный микроскоп COLTRIMS на синхротронах BESSY II и PETRA III.

Результаты оказались неожиданными: атомы не оставались на месте, а постоянно перемещались, меняя свою конфигурацию. Это движение напрямую влияло на время и исход распада.

«Мы буквально можем наблюдать, как атомы движутся до того, как произойдёт распад, — говорит один из ведущих авторов Флориан Тринтер. — Распад — это не просто электронный процесс, им напрямую и интуитивно управляет ядерное движение».

Исследование показало, что ETMD происходит не из одной стабильной структуры. Разные конфигурации атомов доминируют в разные моменты времени, что приводит к значительным колебаниям скорости распада.

«Атомы исследуют большие области конфигурационного пространства, прежде чем наконец происходит распад, — объясняет старший автор исследования Тилль Янке. — Это показывает, что ядерное движение — не второстепенная поправка, а фундаментально контролирует эффективность нелокального электронного распада».

Понимание процесса ETMD имеет решающее значение для точного моделирования радиационного повреждения в воде и биологических средах, а также для интерпретации экспериментов со сверхбыстрыми рентгеновскими лучами. Работа закладывает основу для применения этих знаний к более сложным системам, включая жидкости и биологические молекулы.