了解激光驅動的多原子分子內有多少原子移動和相互作用對於利用強光引導化學反應至關重要。這是藉助催化自由電子激光器 (FEL) 產生的非常短的高功率 X 射線脈衝來完成的。科學家能夠直接觀察強大的激光場重組分子的速度。
為了探索這些影響，研究人員轉向了一種著名的類似足球的分子。 “巴克明斯特富勒烯”C60 來自海德堡馬克斯·普朗克核物理研究所 (MPIK) 和德累斯頓馬克斯·普朗克復雜系統物理研究所 (MPI-PKS) 的團隊與柏林馬克斯·玻恩研究所 (MBI) 的合作者合作。瑞士、美國和日本等多個團體對 C60 進行了實驗和理論研究。他們在 SLAC 國家加速器實驗室的直線加速器相干光源 (LCLS) 上進行的實驗產生了第一張直接圖像，展示了 C60 在暴露於高度集中的激光場時的行為。
X 射線衍射揭示了分子動力學的哪些內容？
為了解釋分子對強大紅外 (IR) 激光脈衝的響應，研究小組分析了由此產生的 X 射線衍射圖。從這個模式中，他們提取了兩個關鍵參數：（平均）半徑 右 分子和吉尼爾振幅 克– 吉尼爾振幅反映了 X 射線散射信號的強度並取決於 N。2這是原子數的平方。 （有效）充當散射中心，而 右 跟踪分子及其組成部分的膨脹或變形。 克 提供對片段分佈的深入了解，包括結果片段的大小，無論是大還是小。
在低強度下分子首先膨脹，然後發生任何明顯的斷裂。這反映在吉尼爾振幅的小幅延遲下降上。中等強度 膨脹階段之後是射線照片上觀察到的半徑減小。這種變化表明小碎片的散射。這對應於吉尼爾振幅的輕微下降，證實許多分子已經分裂。
最大激光功率下電子快速損失
在最高濃度下，分子迅速膨脹，而吉尼爾振幅在強激光脈沖開始時減小。這種突然的變化表明幾乎所有外部（結合）價電子在相互作用的早期就被去除了。模型計算再現了這種快速而強大的響應。它支持分子受到激光場強烈“衝擊”的觀點。
對於低強度和中強度理論模型僅捕獲部分實驗行為。該模型預測了由分子的周期性“呼吸”運動引起的徑向和振幅振盪（參見電影），但測量數據中完全不存在這種運動。當科學家添加影響原子位置的超快加熱機制時，修改後的模型更好地匹配了實驗。這一結果表明，實驗和理論工作必須繼續精確描述分子如何響應強激光場。
了解有多少電子在強激光下移動仍然很困難，因為對於這種複雜的系統尚無法進行完整的量子力學處理。像 C60 拍攝的 X 射線膠片為探索日益龐大和復雜的分子中的基本量子過程提供了重要的試驗場。這些見解支持通過精確形狀的激光場引導化學反應的長期努力。
