سالهاست که هسته‌ها در فرآیند بررسی دینامیک کوانتومی ملکول‌ها، محکوم به نادیده‌گرفتن شدن هستند. در واقع، در چنین پژوهش‌هایی، هسته‌ها به صورت موجودات سنگین‌وزنی درنظر گرفته می‌شوند که به جای خود میخکوب شده و حرکتی ندارند. اگرچه تقریبا تمام شیمی کوانتومی بر مبنای چنین فرضی، توسعه یافته و جواب‌های قابل‌قبولی بدست داده، اما استفاده از آن در مورد ملکول‌های سبک، خیلی قابل اطمینان نیست. اکنون دانشمندان در پژوهش جدیدی به کمک علم اتوثانیه نشان داده‌اند هسته‌ها آنقدر هم تنبل نیستند و لحاظ کردن دینامیک هسته‌ها بسیار مهم است. نتیجه‌ی این پژوهش، چند روز پیش در مجله‌ی معتبر Nature Physics منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…
هدف نهایی علم اتوثانیه ، درک دینامیک سیستم‌های کوانتومی در مقیاس‌های زمانی طبیعی آنهاست. یکی از جالب‌ترین سیستم‌هایی که می‌توان بررسی کرد، ملکول‌ها هستند که پیچیدگی زیادی دارند، به ویژه، وقتی با سیستم‌های اتمی مقایسه می‌شوند. اگرچه تاکنون تعداد کمی آزمایش‌های اتوثانیه روی ملکول‌ها انجام شده، اما دید ارزشمندی درباره‌ی دینامیک الکترون بدست داده است. در این آزمایش‌ها، هسته‌ها به صورت فریزشده یا ثابت درنظر گرفته می‌شدند. استدلال پشت این فرض آن است که هسته‌ها به دلیل جرم بسیار بیشتر نسبت به الکترون‌ها، بسیار آهسته‌تر از آنها حرکت می‌کنند، اما حتی در قلمروی زمان‌های اتوثانیه، این تقریب که به تقریب بورن-اپنهایمر شهرت یافته و حرکت الکترون‌ها و هسته‌ها را جدا از یکدیگر فرض می‌کند، خیلی قابل دفاع نیست. به ویژه در ملکول‌هایی که از گونه‌های اتمی سبک ساخته شده‌اند، حرکت هسته‌ای می‌تواند به اندازه‌ی حرکت الکترونی، سریع باشد که در نتیجه جفت‌شدگی شدیدی بین الکترون‌ها و هسته‌ها ایجاد می‌شود.
اکنون تیمی از دانشمندان دانشکده فیزیک ETH زوریخ، سبک‌ترین و ساده‌ترین ملکول طبیعت، یعنی هیدروژن H۲ را مطالعه کرده‌اند. آنها بررسی کرده‌اند وقتی حرکات هسته‌ای و الکترونی در یک مقیاس زمانی قابل‌مقایسه رخ می‌دهند، چه اتفاقی می‌افتد. آنها دریافتند تاخیرهای یونش ملکولی (زمان بین جذب یک فوتون و تابش یک الکترون در فرآیند یونش فوتونی)، می‌تواند به طور قابل‌توجهی هم به انرژی جنبشی الکترون‌ها و هم هسته‌ها بستگی داشته باشد. این یافته، مفهوم تاخیرهای یونش را که برای سیستم‌های اتمی معرفی شده بود، توسعه می‌دهد. تغییر تاخیرهای یونش با انرژی جنبشی هسته‌ای می‌تواند به بزرگی تغییر با انرژی جنبشی الکترونی باشد. این نتیجه نشان می‌دهد هرگاه اتم‌های سبک در فرآیند یونش ملکولی درگیر باشند، بسته‌ی موج الکترونِ در حال خروج نمی‌تواند از بسته‌ی موج هسته‌ای، به طور جداگانه بررسی شود.
این اندازه‌گیری‌های اتوثانیه مبتنی بر روشی آزمایشگاهی است که قبل‌تر توسعه یافته بود. در این روش، می‌توان ویژگی‌های همبسته‌ی بخش‌های الکترونی یک واکنش ملکولی را ثبت کرد. این روش آزمایشگاهی با یک نظریه‌ی دقیق شیمی کوانتومی، ترکیب شده بود که توسط دانشمندانی از اسپانیا انجام شد تا حرکات هسته‌ای و الکترونی را به طور همزمان توصیف کند. اهمیت این کار، فراتر از ملکول ساده‌ی هیدرون است، چرا که اتم‌های هیدروژن در اکثر ملکول‌های آلی و زیستی وجود دارند. درک اثر همبستگی الکترون-هسته موجود در چنین سیستم‌هایی، نگرش بنیادی بسیار مهمی در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی بدست خواهد داد.
