Учёные впервые увидели атомы кислорода в воде

Исследовательская группа из Университета штата Северная Каролина, Принстонского университета и Техасского университета A&M впервые получила изображение атомов кислорода в водной среде. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications в декабре 2025 года.

До недавнего времени учёные не могли зафиксировать поведение атомарного кислорода в воде из-за технических ограничений. Вода гасит возбуждённое состояние атомов до того, как приборы успевают их зарегистрировать. Исследователи применили фемтосекундный лазер, работающий со скоростью одна квадриллионная доля секунды, что позволило обойти эту проблему.

В эксперименте использовался метод двухфотонной лазерной индуцированной флуоресценции. Атомы кислорода одновременно поглощали два фотона и переходили в возбуждённое состояние. При возвращении в исходное состояние атомы высвобождали избыточную энергию в виде света. Сверхкороткие импульсы лазера позволили зафиксировать эту флуоресценцию до того, как она была подавлена водой.

Для калибровки измерений учёные сравнили полученные данные с сигналом плотности ксенона, обладающего аналогичными характеристиками возбуждения. Компьютерное моделирование помогло определить частоту столкновений возбуждённых атомов с молекулами воды. Концентрация атомарного кислорода у поверхности воды составила примерно 10¹⁶ см⁻³.

Эксперимент показал, что атомы кислорода существуют в воде в течение десятков микросекунд и проникают в жидкость на расстояние до сотен микрометров. Эти показатели значительно превышают предыдущие теоретические расчёты. Полученные данные указывают на необходимость пересмотра существующих моделей реакционной способности атомарного кислорода в водных растворах.

Источник: Popular Mechanics