Трexaтoмный вoдoрoд (Trihydrogen, H3+) игрaл и игрaeт сaмую вaжную рoль в aстрoxимии, в прoцeссax, блaгoдaря кoтoрым формируются новые звезды и благодаря которым Вселенная приобрела тот вид, в котором мы ее видим на сегодняшний день. Специализированные астрономические инструменты позволяют ученым видеть следы трехатомного водорода повсюду в космосе, но процессы, благодаря которым в больших количествах возникают эти молекулы, оставались загадкой для ученых вплоть до самого последнего времени.
Используя мощные лазеры, ученые из Мичиганского университета раскрыли тайну образования трехатомного водорода, воспроизведя в лабораторных условиях механизм возникновения этих молекул, наполняющих пространство от центра нашей галактики до ионосферы Земли.
Для воспроизведения процесса формирования трехатомного водорода ученые использовали сильный полевой лазер (strong-field laser), свет от которого послужил своего рода катализатором реакции превращения. А для отслеживания происходящих процессов использовались импульсы света фемтосекундного лазера, которые позволили отслеживать быстротекущие процессы формирования химических связей молекул H3+.
«Мы выяснили, что основным «действующим лицом» в реакциях превращения выступает молекула обычного водорода H2. Однако эта реакция следует по абсолютно новому «пути», о котором нам практически не было ничего известно до последнего времени» — рассказывает профессор Маркос Дантус (Marcos Dantus), — «Дальнейшие изучения данного вопроса позволят нам найти объяснения наблюдаемым нами изредка маловероятным и необъяснимым химическим реакциям».
Одной из причин малоизученности реакций ионных превращений является то, что все процессы происходят за столь короткие промежутки времени, которые даже тяжело измерить. Вся реакция, включая моменты расщепления и формирования трех химических связей, занимает от 100 до 240 фемтосекунд. Это меньше, чем требуется летящей пуле на преодоление расстояния, равного диаметру одного атома.
Процесс, в ходе которого молекула H2 получает дополнительный протон, чтобы превратиться в трехатомный водород H3+, поразителен своей необычностью. Нейтральная молекула водорода H2, получившаяся в результате ионизации молекулы органического соединения, остается в непосредственной близости от образовавшегося иона до тех пор, пока она не «встречается» с одним из протонов оставшегося иона кислотного основания. После такой «встречи» протон извлекается из иона и молекула водорода H2 сама превращается в ион H3+.
«Мы смогли продублировать в нашей лаборатории процессы, происходящие в глубинах космоса» — рассказывает профессор Дантус, — «Это, в свою очередь, делает нас на один шаг ближе к пониманию химических реакций, в ходе которых образовались первые «стандартные блоки» жизни во Вселенной».
