ردیابی الکترون‌ها در مولکول

فیزیکدانان در اروپا به‌طور موفقیت‌آمیزی حرکت الکترون در مولکول‌ها را ردیابی کرده‌اند. این نتایج یک پیشرفت مهم برای محققان در جهان است. دانستن اینکه الکترون‌ها چگونه داخل مولکول‌ها حرکت می‌کنند، مشاهدات و فهم ما را از واکنش‌های شیمیایی تسهیل خواهد کرد.

فیزیکدانان در اروپا به‌طور موفقیت‌آمیزی
حرکت الکترون در مولکول‌ها را ردیابی کرده‌اند. این نتایج یک پیشرفت مهم
برای محققان در جهان است. دانستن اینکه الکترون‌ها چگونه داخل مولکول‌ها
حرکت می‌کنند، مشاهدات و فهم ما را از واکنش‌های شیمیایی تسهیل خواهد کرد.

این فیزیکدانان به رهبری مارک ‌وراکینگ، مدیر موسسه ماکس‌بورن برای طیف‌بینی
پالس کوتاه و علم نور غیرخطی در آلمان، برای ثابت‌کردن این شاهکار علمی از
پالس‌های آتوثانیه استفاده کردند.دانشمندان در گذشته به دلیل سرعت بی‌نهایت
زیاد الکترون‌ها قادر به مشاهده این حرکت نبودند. یک آتوثانیه یک میلیاردم
یک میلیاردم(۱۸-۱۰) یک ثانیه است. نور در مدت یک آتوثانیه مسافتی کمتر از
یک میلیونیوم یک میلی‌متر طی می‌کند. این مسافت تقریباً برابر فاصله بین دو
انتهای یک مولکول کوچک است. این دانشمندان با ایجاد پالس‌های لیزری
آتوثانیه می‌توانند از حرکت الکترون‌ها درون مولکول‌ها تصاویری بگیرند.

 

 
دینامیک الکترونی در یونیزاسیون نوری زیرین هیدروژن مولکولی بوسیله یک پالس
لیزری. الکترون باقیمانده در این مولکول (به رنگ سبز توصیف شده است.) به
صورت آزمایشگاهی اندازه‌گیری شده و همانند یک چشم‌انداز کوهستانی نشان داده
شده است. تپه‌ها و دره‌ها متناظر با احتمال بالاترِ یافتن این الکترون به
ترتیب در سمت چپ و راست این مولکول، هستند.
 
این فیزیکدانان برای رسیدن به اهداف خود
مولکول‌ هیدروژن (H2) را که فقط دو پروتون و دو الکترون دارد و ساده‌ترین
مولکول به شمار می‌آید، را بررسی کردند. این گروه برای تعیین اینکه چگونه
یونیزاسیون درون یک مولکول هیدروژن اتفاق می‌افتد، از لیزر آتوثانیه خود
استفاده کرد. در طول مدت یونیزاسیون یک الکترون از این مولکول حذف می‌شود،
در حالی که سطح انرژی دیگر الکترون‌ تغییر می‌کند.

وراکینگ توضیح داد: در آزمایش‌مان برای اولین بار توانستیم نشان دهیم که با
کمک یک لیزر آتوثانیه می‌توانیم واقعاً حرکت الکترون‌ها در مولکول‌ها را
مشاهده کنیم. ما ابتدا یک پالس لیزر آتوثانیه به یک مولکول هیدروژن
تاباندیم. این کار منجر به حذف یک الکترون از این مولکول و یونیزه‌شدن آن
شد. به‌علاوه ما با استفاده از یک پرتوی لیزر مادون قرمز، عیناً مانند یک
جفت قیچی ریز، این مولکول را به دو قسمت تقسیم کردیم. این به ما اجازه داد
که بررسی کنیم که این بار (الکترون) چگونه خود را بین این دوقسمت توزیع می‌کند.
از آنجایی که یک مولکول الکترون حذف شده است و فقط یک الکترون باقی مانده
است، یک قسمت خنثی و قسمت دیگر دارای بار مثبت خواهد بود. ما می‌دانستیم که
در قسمتی که از نظر بار الکتریکی خنثی است، می‌توان الکترون باقی‌مانده را
مشاهده کرد.

این محققان نتایج خود را در مجله‌ی Nature منتشر کرده‌اند.