Химические реакции, лежащие в основе фотосинтеза, зрения, усвоения организмом витамина D и других процессов, протекают под действием солнечного света. Энергия излучения передается электронам в атомах органических молекул, из которых состоят биологические ткани. Электроны, получив порцию энергии, переходят в так называемые возбужденные состояния, в которых потом находятся некоторое время.
Когда электроны получают дополнительную «силу», то не могут «усидеть на месте» и перераспределяются в пространстве, как дети на уроке физкультуры после разминки носятся по спортзалу с раскрасневшимися лицами и успокаиваются к середине следующего урока. От положения электронов после возбуждения зависит разрушение старых и образование новых химических связей — то, что в школьной тетрадке мы называли химической реакцией.
Как именно электроны располагаются в атомах вещества до старта реакции известно теоретически. Движение электронов после воздействия на вещество солнечного света много раз было косвенно зафиксировано в экспериментах. Но увидеть, что происходит с ними сразу после «разминки» ученым пока не удавалось.
Инструменты, которые были доступны исследователям ранее, не позволяли поймать нужный момент. Школьный учитель, входящий в кабинет, где секунду назад шумели пятиклассники, видит лишь последствия их шалостей на доске. Так и ученые наблюдали лишь движение атомных ядер на старте химической реакции. Требовался быстрый и чувствительный инструмент.