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科学家们已经拍摄了自然界最神秘的接力赛的光谱快照：在传导过程中，额外的质子从一个水分子传递到另一个水分子。

这一发现刷新了我们对生物学和化学中最基本的:机制水如何传导正电荷的基本认识，。由耶鲁大学化学教授Mark Johnson领导的研究人员在《科学》杂志的12月1日版中发表了他们的发现。

200多年来，科学家们推测了让电流通过水的特定作用力——这一过程被称为格罗特斯机制。它发生在视觉中，例如，当光子撞击眼睛的视网膜时。它也在燃料电池工作时出现。

但有关这种作用力的细节仍然很模糊。特别是当额外的质子从一个氧原子转移到另一个氧原子时。科学家已经找到一种实验方法来跟踪互连水分子的网络中的结构变化。

Johnson说:“氧原子根本不需要移动，这就像‘牛顿的摇篮’那种儿童玩具，一列钢球，每个都悬挂在一根弦下面。如果你用一个球撞击其他的球，只有列尾的球会移动，其他球不受干扰。”

Johnson的实验室花了几年时间在分子水平上探索水的化学性质。大部分研究是在耶鲁大雪建造的特别设计的仪器完成的。实验室的许多发现之一是电喷雾电离的创新运用，这是由耶鲁大学诺贝尔奖获得者John Fenn发明的。

Johnson和他的团队已经开发出快速冷冻化学过程的方法，从而可以分离瞬态结构，揭示反应期间原子的扭曲排列。这些方法在从替代能源技术的优化到药品的开发的方面都有潜在用途。

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在质子传播的竞赛的中，过去记录该过程的尝试能否成功取决于是否能通过红外线颜色变化来看到它。但结果总是看起来像一张模糊的照片。

Johnson说:“事实上，这种模糊过于严重，以至无法对比颜色和结构之间的关系。”

他发现，只用几分子的“重水”——由氢的同位素氘构成的水，并将它们冷却至几乎绝对零度，运动中的质子的图像就立刻变得清晰起来。

Johnson说:“实质上，我们发现了揭示与色彩相关的的结构信息的罗塞塔石碑，我们能够揭示一系列协同变形，像电影的胶卷帧数一样。” 莱比锡大学的Knut Asmis实验组和匹兹堡大学的Ken Jordan和华盛顿大学的Anne McCoy的理论小组为他的实验室提供了协助。

Johnson称这一新发现的一个应用领域是理解水面上发生的化学过程。科学界就关于水的表面是否比水的大部分酸性更强存在激烈的争议，目前，还没有办法测量水的表面pH值。

论文的第一作者是Conrad Wolke，前约翰逊实验室的耶鲁大学博士生。合作研究者来自芝加哥大学，俄亥俄州立大学，匹兹堡大学，华盛顿大学，莱比锡大学和马克斯普朗克学会的弗里茨哈伯研究所。

研究的资金支持来自美国能源部，国家科学基金会，俄亥俄超级计算中心和德国研究基金会DFG的合作研究中心。

本文译自 sciencedaily，由 黑鳞鸡冠蛇 编辑发布。

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