將我們 DNA 分子鹼基對結合在一起的氫鍵在細胞內液中形成。我們星球上大部分的環境化學反應發生在海洋和其他水體中。大多數藥物在溶劑中合成。然而，化學家通常只在氣相中研究化學反應的逐鍵機制，在氣相中分子相對稀疏且易於追蹤。在液體中，分子更多，分子間的碰撞也更多，因此反應快速、混亂且複雜。您想要觀察的過程看起來會像一個未分化的模糊不清的影像——除非您能在萬億分之幾秒內拍攝到反應的快照。
安德魯·奧爾-尤因是英國布里斯托爾大學的化學家，他使用雷射研究化學反應。他知道液體中熱催化的反應會產生振動，這些振動可以在紅外光譜中觀察到。在 2012 年至 2014 年間進行的實驗中，奧爾-尤因和當時的布里斯托爾大學博士生格雷格·鄧寧向溶劑乙腈中的二氟化氙分子發射了超快紫外脈衝。雷射脈衝就像一把手術刀，切下高活性氟原子，這些氟原子反過來從溶劑分子中奪取氘原子，形成氟化氘。使用稱為紅外光譜的標準技術觀察到，在第一個雷射脈衝之後，特徵紅外振動出現然後消失的速度揭示了原子之間鍵的形成速度以及反應達到平衡的速度。
這些實驗是觀察液體中反應的皮秒級細節的概念驗證。然而，大多數化學家使用計算機模擬來觀察和改進化學反應，而不是昂貴的雷射器和探測器。對於他們來說，奧爾-尤因在布里斯托爾的同事大衛·格洛瓦茨基和傑里米·哈維編寫了模擬軟體，該軟體以非凡的精度預測了奧爾-尤因光譜實驗的結果。“我們可以使用這些模擬更深入地瞭解正在發生的事情，”奧爾-尤因說，“因為它們告訴我們比我們從實驗中獲得的更精確的資訊。”
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實驗和模擬共同為我們提供了迄今為止關於化學反應如何在液體中實際發生的最佳見解。開發人員已經開始將該團隊的方法納入學術和工業用途的計算機模擬中，這可能使從事疾病研究、藥物開發和生態研究的科學家受益。