【物理】『分子の花火』を用いて超高速で回遊する水素の可視化に成功
1 ：まぁいいかφ ★：
光分子科学研究領域 菱川グループ
自然科学研究機構分子科学研究所（所長中村宏樹）と科学技術振興機構（ＪＳＴ、理事長北澤宏一）は、
クーロン爆発と呼ばれる現象を利用した新しい計測法で、分子の中を高速に動き回る水素の運動を
直接捉えることに成功しました。これは、分子科学研究所菱川明栄准教授らの研究グループによる成果です。
生命活動や燃焼過程などに関わる分子の多くは水素原子を含んでいます。これらの分子に紫外線等を
照射し高いエネルギーを与えると、水素原子は特定の場所に留まり続けるのではなく、分子の中を大きく
動き回ることが知られています。
今回、研究グループは、分子に強いレーザー光を照射して起こす「分子の花火＝クーロン爆発」を利用して、
分子の超高速の動きを捉え、分子内での水素原子の位置の変化を観測しました。
その結果、10兆分の1秒程度の極めて短い時間で、水素がアセチレン2価分子イオンの片方の炭素から
他方の炭素に移動し、その後元の位置に戻るという、あたかも魚の回遊のような特異な動きをしていることが
明らかになりました。これは、分子内でおこる高速の水素の動きを分子の形状の変化 として明瞭に捉えた、
世界で初めての研究成果です。
分子内での水素の動きは、燃焼反応や触媒反応あるいは生体での物質合成などに重要な役割を果たして
います。今回の研究で用いた手法を発展させることによって、これら化学過程のより深い理解とその高精度な
制御に向けた新たな指針が得られるものと期待されます。
本研究成果は、平成19年12月31日（米国東部時間）発行の米国科学専門誌「Physical Review Letters」に
受理され、オンライン版で近日公開されます。
【ポイント】
・分子内でおこる水素の動きを分子の形状の変化として世界で初めて可視化
・水素原子は、分子内を10兆分の1秒程度の極めて短い時間で回遊
・化学反応機構のより深い理解と高精度な制御への指針獲得に寄与
（>>2-以降に続く、画像等の詳細はソースを御参照下さい）
ソース：自然科学研究機構分子科学研究所
http://www.ims.ac.jp/topics/2007/071221.html
自然科学研究機構分子科学研究所（所長中村宏樹）と科学技術振興機構（ＪＳＴ、理事長北澤宏一）は、
クーロン爆発と呼ばれる現象を利用した新しい計測法で、分子の中を高速に動き回る水素の運動を
直接捉えることに成功しました。これは、分子科学研究所菱川明栄准教授らの研究グループによる成果です。
生命活動や燃焼過程などに関わる分子の多くは水素原子を含んでいます。これらの分子に紫外線等を
照射し高いエネルギーを与えると、水素原子は特定の場所に留まり続けるのではなく、分子の中を大きく
動き回ることが知られています。
今回、研究グループは、分子に強いレーザー光を照射して起こす「分子の花火＝クーロン爆発」を利用して、
分子の超高速の動きを捉え、分子内での水素原子の位置の変化を観測しました。
その結果、10兆分の1秒程度の極めて短い時間で、水素がアセチレン2価分子イオンの片方の炭素から
他方の炭素に移動し、その後元の位置に戻るという、あたかも魚の回遊のような特異な動きをしていることが
明らかになりました。これは、分子内でおこる高速の水素の動きを分子の形状の変化 として明瞭に捉えた、
世界で初めての研究成果です。
分子内での水素の動きは、燃焼反応や触媒反応あるいは生体での物質合成などに重要な役割を果たして
います。今回の研究で用いた手法を発展させることによって、これら化学過程のより深い理解とその高精度な
制御に向けた新たな指針が得られるものと期待されます。
本研究成果は、平成19年12月31日（米国東部時間）発行の米国科学専門誌「Physical Review Letters」に
受理され、オンライン版で近日公開されます。
【ポイント】
・分子内でおこる水素の動きを分子の形状の変化として世界で初めて可視化
・水素原子は、分子内を10兆分の1秒程度の極めて短い時間で回遊
・化学反応機構のより深い理解と高精度な制御への指針獲得に寄与
（>>2-以降に続く、画像等の詳細はソースを御参照下さい）
ソース：自然科学研究機構分子科学研究所
http://www.ims.ac.jp/topics/2007/071221.html
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■研究の背景
我々の身の回りにある分子の多くは水素原子を含んでいます。通常、水素原子は他の原子と強く結合しており、
それぞれの分子はある決まった幾何学的構造を持っています。これらの分子に紫外線などを照射し
高いエネルギーを与えると、水素原子は特定の原子の周りに留まり続けるのではなく、分子の中を大きく
動き回れるようになります。このような水素移動過程は、人や動物の皮膚におけるビタミンDの生成や、
燃焼あるいは触媒反応など様々な反応過程に寄与することが古くから知られています。特に水素原子は、
他の原子に比べて10倍以上軽い質量を持つため、その運動は極めて高速なものとなります。このため、
光放出など競合する他の過程を抑制し、化学反応の進み方を決定づける重要な役割を果たすことが
しばしばあります。しかし、その重要性にもかかわらず、分子の中を大きな範囲で動き回る水素原子の姿を
捉えることは、その動きが極めて速いこと、またX線等の散乱能が低いことなどから、これまで実現が困難でした。
■研究成果
今回研究グループは、100兆分の1秒以下の極めて短い時間幅と、大きな強度を持つレーザー光を「ストロボ」
として用いることによって、分子の中の水素の動きを分子の構造変化として直接捉えることに成功しました。
レーザー光のような強い光を分子に集光すると、分子から複数の電子が速やかに剥ぎ取られ、
大きなプラス電荷を持つ分子イオンになります。こうしてできた分子イオンは、プラス電荷の間に働く強力な
クーロン反発力によって「爆発」し、粉々に壊れます。この壊れ方を正確に測定することによって、
レーザー光が当たった瞬間に分子がどのような形をしていたかを調べることができます。これは、夜空に輝く
花火の形が、尺玉の中に星（火薬玉）がどのように配置されていたかを反映することに対応しています。
研究グループは、この「クーロン爆発」と呼ばれる現象を利用して、重水素化したアセチレン２価分子イオンに
おける異性化反応を調べました。アセチレン分子は、結合した２つの炭素原子の両端に水素原子を一個ずつ
付けた単純な構造を持ちます（図1）。片方の水素が他方の炭素へ移動して起こる異性化過程は
典型的な水素移動反応の1つです。研究グループは、高強度レーザー光を使って反応を開始させた
アセチレン2価分子イオンに別の高強度レーザー光を照射し、「分子の花火」を様々な時刻で点火する
ことによって、水素が分子の中でどの位置にいるのかを調べました。
その結果、水素原子が他方の炭素原子に10兆分の0.9秒程度の極めて短い時間で移動した後、
再びもとの場所へ10兆分の3秒後には戻っていることが見出され、分子内を水素が「回遊」するという
予想しなかった運動をしていることが明らかとなりました（図2）。これは、分子内で起こる高速の水素の動きを
分子の形状の変化として明瞭に捉えた、世界で初めての研究成果です。
我々の身の回りにある分子の多くは水素原子を含んでいます。通常、水素原子は他の原子と強く結合しており、
それぞれの分子はある決まった幾何学的構造を持っています。これらの分子に紫外線などを照射し
高いエネルギーを与えると、水素原子は特定の原子の周りに留まり続けるのではなく、分子の中を大きく
動き回れるようになります。このような水素移動過程は、人や動物の皮膚におけるビタミンDの生成や、
燃焼あるいは触媒反応など様々な反応過程に寄与することが古くから知られています。特に水素原子は、
他の原子に比べて10倍以上軽い質量を持つため、その運動は極めて高速なものとなります。このため、
光放出など競合する他の過程を抑制し、化学反応の進み方を決定づける重要な役割を果たすことが
しばしばあります。しかし、その重要性にもかかわらず、分子の中を大きな範囲で動き回る水素原子の姿を
捉えることは、その動きが極めて速いこと、またX線等の散乱能が低いことなどから、これまで実現が困難でした。
■研究成果
今回研究グループは、100兆分の1秒以下の極めて短い時間幅と、大きな強度を持つレーザー光を「ストロボ」
として用いることによって、分子の中の水素の動きを分子の構造変化として直接捉えることに成功しました。
レーザー光のような強い光を分子に集光すると、分子から複数の電子が速やかに剥ぎ取られ、
大きなプラス電荷を持つ分子イオンになります。こうしてできた分子イオンは、プラス電荷の間に働く強力な
クーロン反発力によって「爆発」し、粉々に壊れます。この壊れ方を正確に測定することによって、
レーザー光が当たった瞬間に分子がどのような形をしていたかを調べることができます。これは、夜空に輝く
花火の形が、尺玉の中に星（火薬玉）がどのように配置されていたかを反映することに対応しています。
研究グループは、この「クーロン爆発」と呼ばれる現象を利用して、重水素化したアセチレン２価分子イオンに
おける異性化反応を調べました。アセチレン分子は、結合した２つの炭素原子の両端に水素原子を一個ずつ
付けた単純な構造を持ちます（図1）。片方の水素が他方の炭素へ移動して起こる異性化過程は
典型的な水素移動反応の1つです。研究グループは、高強度レーザー光を使って反応を開始させた
アセチレン2価分子イオンに別の高強度レーザー光を照射し、「分子の花火」を様々な時刻で点火する
ことによって、水素が分子の中でどの位置にいるのかを調べました。
その結果、水素原子が他方の炭素原子に10兆分の0.9秒程度の極めて短い時間で移動した後、
再びもとの場所へ10兆分の3秒後には戻っていることが見出され、分子内を水素が「回遊」するという
予想しなかった運動をしていることが明らかとなりました（図2）。これは、分子内で起こる高速の水素の動きを
分子の形状の変化として明瞭に捉えた、世界で初めての研究成果です。
■ 今後の展望
今回の研究で用いた手法は、反応を開始させる光の波長や強度を変えることによって、様々な分子の
反応過程を追跡するために応用が可能です。特に、燃焼反応や触媒反応あるいは生体での物質合成などに
重要な役割を果たしている分子内での水素の動きについて研究が進められることによって、
これら化学過程のより深い理解とそのコントロールに向けた新たな見通しが得られるものと期待されます。
■ 発表論文
省略
■ 研究サポート
本研究は、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業個人型研究(さきがけ)「光の創成・操作と展開」
（研究総括：伊藤弘昌 東北大学大学院工学研究科 客員教授）の研究課題
「光電子ホログラフィーによるレーザー場反応追跡」の研究の一環として、菱川 准教授らが行ったものです。
今回の研究で用いた手法は、反応を開始させる光の波長や強度を変えることによって、様々な分子の
反応過程を追跡するために応用が可能です。特に、燃焼反応や触媒反応あるいは生体での物質合成などに
重要な役割を果たしている分子内での水素の動きについて研究が進められることによって、
これら化学過程のより深い理解とそのコントロールに向けた新たな見通しが得られるものと期待されます。
■ 発表論文
省略
■ 研究サポート
本研究は、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業個人型研究(さきがけ)「光の創成・操作と展開」
（研究総括：伊藤弘昌 東北大学大学院工学研究科 客員教授）の研究課題
「光電子ホログラフィーによるレーザー場反応追跡」の研究の一環として、菱川 准教授らが行ったものです。
関連スレ：
【物理】硬貨大の物体をレーザー冷却で-272℃に冷却することに成功＝MIT
http://news24.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1175949125/
【物理】ナノスケールでの「摩擦」研究：「重い原子」で摩擦が軽減
http://news24.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1196173204/
【物理】結晶の原子配列が壊れる瞬間をストロボ撮影
http://news24.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1197557696/
【物理】硬貨大の物体をレーザー冷却で-272℃に冷却することに成功＝MIT
http://news24.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1175949125/
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http://news24.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1197557696/
5 ：名無しのひみつ：2007/12/21(金) 23:18:11 ID:ytm3Mjv5
なるほどなるほど
良く分からんが、核融合式の爆弾とか発電所に役立つレポートか？
おお、ようやく成功したか
8 ：名無しのひみつ：2007/12/21(金) 23:29:33 ID:gfwrLTwn
彼ならできると信じてましたよ
9 ：名無しのひみつ：2007/12/21(金) 23:32:09 ID:lS5bfien
私の予想通りだ
10 ：名無しのひみつ：2007/12/21(金) 23:37:58 ID:qdBI6Yi6
>>6
きっと！もっといいものだと思う！！
きっと！もっといいものだと思う！！
11 ：名無しのひみつ：2007/12/21(金) 23:42:12 ID:LIuYuPjd
これで半島を壊滅することが(ry
12 ：名無しのひみつ：2007/12/21(金) 23:45:17 ID:zYZ35c3u
観測したときと観測しなかったときで同じ結果になることを祈る。
13 ：名無しのひみつ：2007/12/22(土) 11:49:16 ID:DXxWNy4G
水素の原子核も移動してるってこと？
反応の理論に大きな影響を与えるのかな？
反応の理論に大きな影響を与えるのかな？
14 ：名無しのひみつ：2007/12/22(土) 15:37:16 ID:XeoERiws
実に面白い
このあと、三つ尾や華尾のを単離して養殖するのが大変なんだよな。
油断していると先祖返りするし、下手に放任したら中性子ナンパして
帰ってきて、揚げ句、4Pとかされたら核爆発だぜ。
油断していると先祖返りするし、下手に放任したら中性子ナンパして
帰ってきて、揚げ句、4Pとかされたら核爆発だぜ。
16 ：名無しのひみつ：2007/12/23(日) 01:25:57 ID:YqQYcp7u
既に知られていることが見えたからといって、何になるのか分からん？
何が「化学反応機構のより深い理解と高精度な制御への指針獲得に寄与」しているのか教えてくれ。
何が「化学反応機構のより深い理解と高精度な制御への指針獲得に寄与」しているのか教えてくれ。
17 ：<丶｀∀´>（´・ω・｀）（｀ハ´ ）さん ：2007/12/23(日) 01:54:52 ID:0rCXJEhh BE:1057392858-2BP(0)
分子間内を魚のように回遊する。
同じ場所に戻るのか。
(-o-)…
同じ場所に戻るのか。
(-o-)…
18 ：名無しのひみつ：2007/12/29(土) 12:27:48 ID:hJbQn+nJ
すごい発見だ！
と言ってみる
と言ってみる
19 ：名無しのひみつ：2007/12/29(土) 20:50:42 ID:zKNJo57J
20 ：名無しのひみつ：2007/12/31(月) 02:57:52 ID:a4+MDI7L
紫外線を当てたから、そのような動きをしたのであって、
通常の状態は？
通常の状態は？
21 ：名無しのひみつ：
>>20
紫外線で原子核も励起されるってこと？
紫外線で原子核も励起されるってこと？