Трехатомный водород (Trihydrogen, H3+) играл и играет самую важную роль в астрохимии, в процессах, благодаря которым 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".
