Впервые получен и проанализирован спектр иона CH5+

Группа ученых из Германии и Японии впервые получила и проанализировала колебательный спектр метония - иона CH₅⁺. Из-за возникающих практических сложностей детальная регистрация этого спектра является небольшим шагом вперед в области спектроскопии. Краткая заметка о работе опубликована в журнале Science.

Метоний - это крайне нестабильная структура, образующаяся при присоединении протона к молекуле метана. В обычных условиях она быстро распадается на карбокатион CH₃⁺ и молекулу H₂. Ранее предпринимались попытки регистрации ее колебательного спектра при пониженных температурах, однако на пути к этому есть сложность. Дело в том, что все пять атомов водорода не могут связаться обычной ковалентной связью с атомом углерода одновременно. Поэтому связи C-H в CH₅⁺ непрерывно разрываются и образуются. Это резко усложняет спектр, и до сих пор его тонкую структуру разрешить не удавалось.

Тем не менее, применив частотную гребенку (особый тип источника излучения, прочитать про который подробнее можно здесь), авторам удалось получить спектр, состоящий из 2897 линий. На основе спектра квантовыми расчетами была воссоздана структура низших энергетических уровней. Поскольку для иона такой структуры, фактически, не было общепринятых упрощений, моделирование делалось “из первых принципов”.

Любопытно, что структура уровней соответствует простейшему предположению, при котором атомы водорода могут практически свободно перемещаться вокруг атома углерода, при этом сохраняя межатомные расстояния примерно постоянными. Как ожидают авторы, уточнить корректность такой модели помогут дальнейшие исследования.

Кроме того, перспективным представляется поиск ионов CH₅⁺ в космическом пространстве - возможно, они являются одними из промежуточных стадий при образовании углеводородов в условиях космоса. В последнем случае это позволит еще немного приблизиться к пониманию истории возникновения жизни.