在阳光明媚的夏日里，阳光通过打破束缚而变得越来越坏，紫外线破坏了皮肤细胞DNA中原子之间的联系，可能导致癌症。紫外光也会破坏氧键，最终产生臭氧，并将氢从其他分子上分离，留下自由基，破坏组织。加州大学伯克利分校化学家们利用一些可用的最短激光脉冲，现在已经能够一步一步地解决导致化学键爆炸的过程，基本上就是把这个事件拍成电影。可以在化学键断裂前，跟随分子中处于不同状态的电子，不确定地来回弹跳。

发表在《科学》(Science)上的这项技术，将帮助化学家理解并可能操纵光激发的化学反应，即所谓的光化学反应。特别是化学家和生物学家，他们对理解大分子如何在不破坏任何化学键的情况下吸收光能很感兴趣，就像眼睛里的分子吸收光，给我们视觉，或者植物里的分子吸收光进行光合作用一样。第一作者、加州大学伯克利分校博士生Yuki Kobayashi说：想想眼睛里的视紫红质分子，当光线照射视网膜时，视紫红质吸收可见光。

研究就可以看到东西，因为视紫红质键的构象发生了变化。事实上，当光能被吸收时，视紫红质中的一个键会扭曲而不是断裂，从而引发其他反应，从而产生对光的感知。Yuki Kobayashi教授和在加州大学伯克利分校的同事斯蒂芬·里昂教授和丹尼尔·纽马克教授开发的这项技术，可以用来详细研究这种光吸收是如何在分子穿过激发态(避免交叉或圆锥交叉)后导致扭曲的。为了防止DNA中的一个键断裂，把能量从离解重定向到仅仅是振动热。

超快激光脉冲

对于视紫红质，将能量从振动重新定向到顺式反式异构化，一个扭转。这些化学反应的重新定向在我们周围无处不在，但以前从未见过它们的实际时刻。阿特秒激光(阿特秒是十亿分之一秒的十亿分之一)，科学家们用它来探测非常快的反应。由于大多数化学反应都发生得很快，这些超快脉冲激光器是“观察”形成化学键的电子在化学键断裂和/或重组时表现如何的关键。里昂是一名化学和物理教授，也是一名实验主义者，他也使用理论工具，是使用阿秒激光探测化学反应的先驱。

在加州大学伯克利分校的实验室里，他有6个这样的x射线和极紫外(合起来就是XUV)激光器。加州大学伯克利分校的研究小组利用最简单的分子之一（单溴化碘(IBr)）即一个碘原子与一个溴原子相连——用8飞秒的可见光脉冲撞击这些分子，激发它们最外层的一个电子，然后用阿秒激光脉冲探测它们。利用时间间隔为1.5飞秒的阿秒XUV激光脉冲，就像使用频闪灯一样，研究人员可以探测到导致分子分裂的步骤。

高能XUV激光能够探测分子内部电子的激发态，而这些电子通常不参与化学反应。当电子接近交叉点时，就像在拍一部电子路径的电影，以及它沿着一条或另一条路径运动的概率，研究正在开发的这些工具可以观察固体、气体和液体，但需要更短的时间尺度(由阿秒激光提供)。否则只能看到开头和结尾，你不知道中间还发生了什么。实验清楚地表明，IBr的外层电子一旦被激发，就会突然看到它们可能处于的各种状态或位置，并在决定走哪条路之前探索其中的许多状态或位置。

然而，在这个简单的分子中，所有路径都会导致电子落在碘或溴上，两个原子会飞离。在更大的分子中，被激发的电子会有更多选择，有些能量会发生扭曲，比如视紫红质，或者在分子没有分裂的情况下发生分子振动。在生物学中，事实证明，进化选择了一些在吸收能量和不破坏纽带方面非常有效的东西。当你身体化学反应出了问题，就会看到疾病突然出现。