利用超快x射线脉冲发现了难以捉摸的水电离中间体

液态水的光电离对许多腐蚀过程都至关重要，包括可能导致人类癌症的DNA损伤。然而，该反应中的一种中间产物从未被明确检测到。然而，现在研究人员已经使用超短x射线激光脉冲收集了它存在的明确证据，并测量了它的寿命。

当一个高能光子或带电粒子撞击液态水分子时，它可以使一个电子自由。这个自由电子被释放到水中，留下一个氢₂O⁺离子。原子、分子和光学物理学家解释说:“在50飞秒内，它将一个质子转移到邻近的水分子上，形成一个羟基自由基，这是一种危险的氧化物种，每个人都害怕。琳达年轻美国阿贡国家实验室的研究人员。无论如何，这是理论上的。事实上，明确的实验证据证明H₂O⁺被证明是难以捉摸的。人们在寻找H₂O⁺但这些特征都与其他东西纠缠在一起，所以你无法分辨它们，”杨说。

试着找出H₂O⁺信号，杨和他在新加坡、德国和世界各地其他机构的同事采取了不同的策略。杨说:“主要的想法是模拟当x射线进入并电离水时会发生什么。”“你可以用可调谐的x射线来探测它，结果是你期望的H的吸收₂O⁺而羟基自由基位于液态水无法吸收的区域。”

在强激光的短脉冲电离水后，x射线脉冲从线性相干光源- x射线自由电子激光在斯坦福线性加速器实验室在加利福尼亚，研究了产生的液体的吸收。通过改变两个脉冲之间的时间延迟，研究人员可以探测到两个以前未观测到的x射线吸收峰。第一次，大约46飞秒后，他们将H₂O⁺与被激发的羟基自由基形成阳离子，第二种反应在大约0.18皮秒后，他们认为这是由于自由基振动冷却到基态。

理论化学家说:“能够在水中操纵电子并进行光电子能谱分析——这在历史上是一种必须在真空室中进行的气相技术——是非常令人兴奋的。约翰•赫伯特美国俄亥俄州立大学教授，他没有参与这项研究。“这项结合x射线光谱学和液体微射流的技术将会变得非常大，这个水阳离子/空穴实验在某种程度上是水相x射线激光光谱学的氢原子。”这个结果并不令人惊讶，但这并不意味着科学研究不令人兴奋。”