科学者たちは、液体内の超高速分子間相互作用を観察する新しい手法を発見した。これは、これまで液体物質には不可能とされていた強力なレーザー技術を利用したものである。ルイジアナ州立大学で行われ、2026年1月5日に発表されたこの研究は、ほぼ同一の2つの化学物質を混合した際、特定の組み合わせが異常な挙動を示すことを明らかにした。それは、光の放出量が減少し、単一の高調波信号が完全に消失するというものであった。

シミュレーションの結果、微細な分子間相互作用、いわゆる「握手」が電子の動きを妨げていることが示された。この発見は、液体が電子の挙動を著しく変化させるような形で、一時的に自己組織化できることを示している。LSU化学科のケネス・ロパタ教授によれば、この発見は分子レベルでの液体の複雑なダイナミクスに関する貴重な洞察を提供するという。

研究チームは、高次高調波発生（HHG）と呼ばれる極端なレーザー技術を利用した。HHGでは、強力なレーザーパルスを物質に照射し、元のレーザー周波数の倍数、つまり高調波で高エネルギー光子を放出させる。科学者たちは長年、液体の無秩序な性質のためにレーザー光が散乱し、コヒーレントな高調波の生成が妨げられるため、HHGは液体では不可能であると考えていた。LSUのチームは、極めて短いレーザーパルスを使用し、実験条件を注意深く制御することで、この課題を克服した。

実験では、研究者らはメタノールとフルオロベンゼンという、構造が非常によく似た2つの化学物質を混合した。この混合物にレーザーを照射したところ、特定の高調波信号が消失していることを確認した。さらなるシミュレーションの結果、フルオロベンゼン分子がメタノール中の電子の動きを妨害し、その特定の周波数での光の放出を効果的に阻止していることが明らかになった。

「それはまるで、完璧に振り付けられたダンスが突然調子を崩すのを見ているようでした」とロパタ氏は言う。「消失した高調波信号は、分子レベルで何か異常なことが起こっていることを明確に示すものでした。」

この発見は、液体中の化学反応の理解に重要な意味を持つ。多くの化学反応は溶液中で起こり、液体環境中で分子が互いに相互作用する方法は、反応速度と結果に大きな影響を与える可能性がある。この新しい技術は、これらの相互作用をリアルタイムで観察する方法を提供することで、より効率的で選択的な化学プロセスの開発につながる可能性がある。

さらに、この研究は新しい材料の開発にも影響を与える可能性がある。材料の特性は、それを構成する分子が互いに相互作用する方法によって決定される。液体が分子レベルでどのように自己組織化するかを理解することで、科学者たちは特定の特性を持つ新しい材料を設計できる可能性がある。

研究者たちは現在、この技術を他の液体や溶液に拡張する研究に取り組んでいる。また、AIと機械学習アルゴリズムを使用して、実験で生成された複雑なデータを分析する可能性も探っている。これにより、他の方法では見逃される可能性のある新しいパターンと関係性を特定できる可能性がある。研究チームは、この新しいアプローチが液体と溶液の研究方法に革命をもたらし、物質の挙動を支配する基本的なプロセスをより深く理解することにつながると考えている。