2026年2月20日——甲酸分子长期被认为所有原子都位于同一平面。但歌德大学研究团队与合作者通过实验证明，甲酸分子中的原子会持续发生极小尺度的平面外振动，这使得分子在多数时间呈现三维构型并丧失对称性。该团队指出，这种原子颤动是量子物理效应——粒子永远无法处于绝对静止状态。

传统化学教材描绘的分子图景简洁规整：原子通过刚性键连接固定在特定位置。像甲酸（HCOOH）这样的分子被想象成二维结构——平坦如纸张。但量子物理揭示了不同真相：自然界抗拒刚性，即使最简单的结构也会被迫进入第三维度。

歌德大学核物理研究所Reinhard Dörner教授领导的研究团队，利用德国DESY加速器中心PETRA III同步辐射源的X射线束，精确测定了“平面”甲酸分子的真实空间结构。该工作与卡塞尔大学、马尔堡大学、内华达大学、弗里茨·哈伯研究所以及马克斯·普朗克核物理研究所的同行合作完成。

研究人员利用了X射线与分子相互作用的双重效应：首先辐射通过光电效应和俄歇效应逐出多个电子，使原子带高正电导致分子库仑爆炸。科学家们成功测量了这些飞秒级（10^-15秒）的瞬态过程。

关键技术是歌德大学发明并持续改进的COLTRIMS反应显微镜。基于测量数据，研究团队重构出甲酸分子的原始几何构型，发现其两个氢原子存在微小振荡，证明分子并非平面结构。

Dörner教授解释：“在量子世界，原子核不是固定位置的微小硬球，而是更像振动的云团。即使将分子冷却至绝对零度，这种被称为零点运动的颤动也永不停止。”

这带来根本性认知：原子核没有精确位置，只有出现在某处的概率分布，某种意义上它“无处不在”。因此甲酸分子几乎时刻都处于有效三维状态。

Dörner补充道：“这种微小的三维偏移使分子丧失对称性，无法与其镜像重合——就像我们的左右手。甲酸因此具有手性：半数时间呈左旋构型，另一半时间呈右旋构型。”

化学上，此类手性对映体（enantiomers）可能产生截然不同的效应：某种分子构型可作为药物，而其镜像分子可能完全无效。通常这种手性源于分子的固定结构。

Dörner总结道：“通过甲酸案例我们证明，仅靠量子颤动就能使对称分子产生两种镜像现实。这意味着手性——生命的重要属性——在此并非源于分子的静态蓝图，而纯粹来自量子世界永不停歇的颤动。更广泛地说，我们对甲酸的研究表明几何构型不是静态属性而是动态事件，平面分子实际只是原子向各方向振动的平均值。”