艾哈迈德 · 泽维尔能够用比一眨眼还快的时间完成一次试验。在过去的10年中,这位埃及出生、现在帕萨迪那市加州技术研究所工作的物理化学家,早已是应用超短波激光脉冲来观察化学键连接和断裂时原子“舞蹈”的先驱者。上星期,泽维尔所获得的化学反应的空格图像,终于使他赢得了1999年诺贝尔化学奖。

15.2

在分子水平上的化学反应速度之快足以令你凝神屏息。例如铁钉的锈蚀似乎是慢慢的,但那是因为单个分子很少产生化学反应。一旦多种反应物相遇并克服了能量屏障,化学键的形成和断裂只需要大约100飞秒(1015分之一秒)的时间。因此在,泽维尔之前,很少有人梦想能看到这样快的“舞蹈。

泽维尔设计的试验是用一架能空格分子快速运动的超高速摄像机进行的,这同用照相机快速闪光拍摄蜂鸟飞行时的翼翅振动图像很有点相似。幸运的是,60年代晚期至70年代的科学家们已经研制成功了能发现愈来愈短的脉冲的激光。一架叫做撞击脉冲型(CPM)的小型台式激光器(由贝尔实验室研究人员查理,尚克和埃里奇 · 伊本研制)正符合泽维尔的需要。

泽维尔说,“我们认为,如果能获得比一个分子中的原子振动时间更短的时间分辨率,我们就能看到化学键的断裂。 ”CPM激光器及其配套仪器能产生强烈的脉冲,形成一次短至7飞秒的闪光,这个时间正好在一个分子中的原子前后摆动所需的时间范围之内。

为了捕捉这瞬间,泽维尔制造的仪器先将反应气体送人一个真空室,然后用CPM激光器当作照相机和闪光。他让激光器发射成对的光脉冲,第一个脉冲——闪光——提供靶分子为超越能量屏障并开始反应所需的能低。第二个脉冲在儿飞秒之后发射,则将起反应的分子照亮,这些分子或将脉冲吸收,或对脉冲作出回应。变换两个脉冲之间时段的长短,记录被吸收的或发出的光,泽维尔就能通过化学键伸展、断裂和重组时的中间状态,追踪从反应开始时的分子到最终产物的化学反应过程。

在80年代晚期的最早试验中,泽维尔及其同事们看到了银化碘分子分裂为其构成离子的情景,这一反应历时仅200飞秒。科学家们认为,“这是一次对化学有重大影响的奇妙试验。"瑞典皇家科学院在颁奖典礼的颂词中指出,由于观察到了分子在仅仅几飞秒内的出生与死亡,“我们已经达到了道路的尽头;再没有比这更快的化学反应了。”

泽维尔的工作最初只是集中于观察气态分子的简单化学反应,回答有关反应机制的基本问题,例如它揭示了分子含有两个等价键时键是一次断裂一根,而不是同时断裂的。自此以后,他的研究组以及世界各地的其他科学家已将这一技术推广应用到液体和固体的长期化学变化。结果产生了一门有关飞秒科学的全新学科,它将使人们有可能洞察一切,从植物如何捕捉日光以进行光合作用,到人的眼睛如何调节,以便在夜间的暗淡光线下滑到东西。

加拿大国家科学委员会飞秒研究室主任保罗 · 考肯姆说,泽维尔被授予诺贝尔奖“是一个绝妙的选择,当之无愧。”至于泽维尔本人,则完全被奖项的宣布所产生的强烈反响所“压倒”了。他说,仅仅从埃及就涌来了成千的祝贺信息,其中包括埃及总统穆巴拉克在埃及电视上的广播祝词。泽维尔的头像已出现在两种埃及邮票上。他说,得到祖国的承认是“一种永垂后世的荣誉”。但这还与得到科学界的承认有所不同,“这是无与伦比的"。

[Science,1999年10月18日]