دانشمندان موفق به تماشای زنده ی بازسازی ابر الکترونی در ملکول شدند!!

2

بازسازی لایه های الکترونی در ملکول ها، تنها چند ده اتوثانیه ( ۱۸-۱۰ ثانیه یا یک بیلیونیوم یک بیلیونیوم ثانیه!!) طول می کشد. حالا دانشمندان می توانند این فرآیند را به صورت زنده تماشا کنند!! با دیپ لوک همراه باشید…

دانشمندان موفق به تماشای زنده ی بازسازی ابر الکترونی در ملکول شدند!!

بهتر است اول با مقیاس اتوثانیه بیشتر آشنا شویم تا به اهمیت روشی که در ادامه برایتان توضیح خواهم داد، پی ببریم. بیایید به مدت زمان چندین فرآیند بر حسب این مقیاس نگاهی بیندازیم، مطمئنم برایتان جالب خواهد بود:

  • ۱ اتوثانیه – زمانی که طول می‌کشد تا نور مسافتی برابر طول سه اتم هیروژن را بپیماید.
  • ۲۴ اتوثانیه – یکای اتمی زمان
  • ۱۰۰ اتوثانیه – سریع‌ترین جنبش مولکولی که تاکنون مشاهده شده
  • ۲۰۰ اتوثانیه (تقریبا) – نیمه‌عمر بریلیم-۸
  • ۳۲۰ اتوثانیه – زمانی که طول می‌کشد تا الکترون‌ها بین اتم‌ها جابجا شوند.

اگر چه حتی تصور چنین مدت زمان کوتاهی هم سخت است، اما بشر همیشه مشکلات را به زانو درمی آورد! در سال های اخیر، دانشمندان به تدریج آموخته اند که چگونه چنین فرآیندهای فوق سریعی که در سطوح اتمی و ملکولی اتفاق می افتد را مشاهده کنند. مثلاً در آلمان دانشمندان در حال ساختن لیزر بدون الکترون پرتوی ایکس (XFEL) هستند و روسیه نیز در این پرژوه همکاری می کند. XFEL به دانشمندان اجازه می دهد تا تغییرات هسته های ملکول ها را در طول واکنش های شیمیایی مشاهده کنند. این امکان می تواند باعث پیشرفتهای شگرفی در مطالعه ی فرآیندهای بیوشیمیایی و ویژگی های ساختاری پروتئین ها شود.

روش جدیدی که میخواهیم در این مقاله معرفی کنیم توسط دو گروه از دانشمندان نظریه پرداز دانشگاه MIPT روسیه و همکاران آنها از دانمارک، ژاپن و سویس و برای مطالعه ی فرآیندهای اتوفیزیکی (فرآیندهایی که چندین اتوثانیه طول می کشند) طراحی شده است. نتایج این تحقیق در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.

فرآیندهای اتوثانیه آنقدر سریع هستند که می توانیم بگوییم مدت زمان انجام چنین فرآیندهایی تقریباً صفر است. برای مطالعه ی چنین فرآیندهایی، دانشمدان از روش پمپ-پروب استفاده می کنند. اما روش پمب-پروب چیست؟ اجازه دهید کمی دقیق تر شویم: ابتدا یک ملکول با یک پالس لیزر، جهت دار می شود. سپس یک پالس لیزر قدرتمند و با فرکانس کم در مدت یک ثانیه، ملکول را یونیزه می کند. با این کار، یک تابش بسیار هارمونیک تولید می شود. با نگاه به طیف این تابش هارمونیک، می توان روند حرکت الکترون ملکول را که توسط میدان قوی پالس یونیزه کننده به وجود می آید را مشاهده کرد. این روش گام مهمی در پیشرفت طیف سنجی اتوثانیه است. گروه دانشگاه MIPT با این روش توانستند تغییرات ساختاری در لایه های الکترونی ملکول های متیل فلوئورید و متیل برمید را مشاهده کنند. این فرآیندها حتی از واکنش های شیمیایی هم سریع تر هستند.

physicistsob

برای راه اندازی این آزمایش، به یک لیزر یاقوت با طول موج ۸۰۰ نانومتر که پالس های کوتاه و با شدت بسیار زیاد تولید کند نیاز است. قدرت میدان الکترومغناطیسی در چنین پالس هایی  تقریباً برابر با یک میدان الکتریکی  است که الکترون در یک اتم هیدروژن احساس می کند. در محفظه ی خلأ ، لیزر به هدف، یعنی، گاز متیل فلوئورید و متیل برمید برخورد می کند. سپس محققان طیف تابش هارمونیک را با استفاده از طیف سنج های فرابنفش آنالیز می کنند.

این برای اولین بار است که بازسازی لایه ی الکترون مشاهده شد. این فرآیند، تنها چند ده اتوثانیه طول کشید. تشخیص ردپای چنین فرآیندهایی در طیف های هارمونیک به لطف نظریه ی یونیزاسیون تونلی ملکول ها و در موردی که حالات الکترونی دارای همترازیهستند(حالات همتراز یعنی حالاتی که دارای تابع موج متفاوت، اما انرژی یکسان هستند) امکان پذیر است. این مدل نظری، نتایج تجربی را به خوبی توصیف می کند.

دانشمندان تا کنون قادر به دیدن الکترون های در حال حرکتی که با قوانین دنیای کوانتوم زندگی می کنند، نشده اند، در واقع آنها مهاجرت ابر الکترونی (یعنی توده ای از الکترون ها) در داخل ملکول را مشاهده کردند. ممان مغناطیسی دائمی و حالات همتراز الکترون های بیرونی ملکول، نقش کلیدی را در چنین مهاجرتی بازی می کنند و به همین دلیل محققان ملکول های فلوئورید متیل و متیل برمید را برای مطالعه ی خود انتخاب کردند.

روش مشاهده ی فرآیندهای اتوثانیه، درهای تازه ای را به روی مطالعه ی فرآیندهای شیمیایی و به ویژه زیست ملکولی باز می کند.

منبع: phys.org

 

اگر این مطلب را دوست داشتید، از طریق لینک های زیر، آن را به اشتراک بگذارید

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۲ دیدگاه

  1. با سلام
    کارشون قابل تحسین هست.
    البته به نظر من بیشتر مربوط میشه به آنالیز تا مشاهده.
    چیزی که مشاهده شده شبیه همان تابش های آلفا, گاما, بتا هستند که بیشتر مسیر حرکت پالس با شدت زیاد است که به نوعی در مسیر خاصی برای یونیزاسیون محدود شده است را نشان میدهدنه مسیر حرکت ابر الکترونی.

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست عزیز اینجا منظور از مشاهده، همون ردیابی از روی طیف هستش، وگرنه الکترون ها رو که نمیشه واقعا مشاهده کرد!!

ارسال نظر


*