أول مرة؛ دوران جزيئة تحت عدسات التصوير

صوّر علماء ألمانيون مؤخرًا فيلمًا على المستوى الجزيئيّ لدوران فائق السرعة لإحدى الجزيئات؛ الجزيئة التي وضعت تحت الأضواء هي جزيئة كبريتيد الكربونيل carbonyl sulphide OCS، يُشبِه شكل الجزيئة العصا وتتكون من ذرّة أكسجين وذرّة كبريت وذرة كربون. 

سجّل الفيلم دورة ونصف الدورة لتلك الجزيئة، واستمرَّ قرابة 125 بيكو ثانية (البيكو ثانية هي جزء من تريليون جزء من الثانية) بدقةٍ عالية. اشترك في الدراسة كلٌّ من (مركز علوم الليزر والإلكترون الحر ومعهد ماكس بورن)، ونُشرت الدراسة في مجلة Nature Communications . 

كيف صُوِّر الفيلم؟

يمثّل الفيديو قرابة651 صورة جُمِِّعَت بالتتابع، لتُغطي دورة ونصف الدورة لجزيئة كبريتيد الكربونيل، يستمر كما ذكرنا مدة 125 بيكو ثانية، ولكنه يُعرَضُ لكم بطيئاً، ولكي نفهم مدى أهمية هذا الفيديو من الضروري التذكير بأنّ حركة الجزيئات والذّرّات تحكمُها قوانين فيزياء الكمّ، عندما تكون المادة في الحالة الغازيّة فإنّ جزيئاتها تكون متباعدة لذلك تكون حرّة موضعيًّا للدوران حول محاورها، يخضع هذا الدوران لميكانيكا الكّم، ولأنّ جزيئة كبريتيد الكربونيل إحدى الأشكال الغازيّة لذلك عُدّت المرشّحَ المثالي لتصوير دورانها.

بقي أن نشير لكم أنّ الدوران الذي نتحدّث عنه لا يماثل الدوران التقليدي لمجموعة من العصيّ، فحسب ميكانيكا الكم فإنّ الجزيئات والذّرّات تسلك سلوكًا مختلفًا، ولا يمكن تحديد موضع الجزيئة وزخمها على نحوٍ دقيق، ولكن يمكن تخمين مكان الجزيء لوقت محدد، وحتّى عندما يظهر الجزيء باتجاهات متعددة في وقت واحد فإنّ لكل اتجاه احتمالات عديدة حسب فيزياء الكمّ، صُوّرت هذه الاتجاهات والاحتمالات على نحوٍ فرديٍّ ثم بدأت تتكرر بالنمط نفسه بعد 82 بيكو ثانية؛ هذا يشير لإتمام دورة كاملة للجزيئة.

هنا تظهر لنا اللقطات المنفردة لمواضع الجزيئات المختلفة:

تكمن صعوبة التصوير المستمر لهذا الدوران في ضرورة استخدام إشعاعات عالية الطاقة مع طول موجي مناسب لحجم الذرة للحصول على التفاصيل، وللتغلب على هذه الصعوبة استخدم الفريق البحثي نبضتين من أشعة ضوء الليزر تحت الحمراء وضُبطت  بدقةٍ مع بعضها ليَفصلَ بين أطلاق النبضتين قرابة 38 بيكو ثانية، لرصد جزيئات كبريتيد الكربونيل وهي تدور بسرعة وانسجام. فيما بعد استخدمت نبضة ليزر أخرى بطول موجي أطول لتحديد موضع الجزيئات على فترات زمنية تبلغ حوالي 0.2 تريليون ثانية لكل منها، ولأنّ أشعة الليزر التشخيصية تدمّر الجزيئات لذا تَعيّن إعادة التجربة لكل لقطة منفردة. 

محاولات سابقة: 

هذه ليست المرّة الأولى التي يدخل فيها العالم الذّري الأضواء، فلقد صوّر باحثٌ من جامعة اكسفورد ذرة سترونتيوم منفردة وحازت تلك الصورة على جائزة كبرى في مسابقة تصوير العلوم السنوي في المملكة المتحدة. 

وبالعودة إلى الفيديو، يأمل مؤلفو الدراسة أن تساعد تقنية التصوير الجديدة في دراسة الجزيئات والعمليات المختلفة التي تحدث على المستوى الجزيئي للحصول على فهم أفضل للمركبات المختلفة. 

روابط من مقالاتنا القديمة:

هنا

هنا

المصادر:

هنا

sics/filming-fast-scientists-capture-molecular-rotation?fbclid=IwAR1C8nx5xHj8OAz0ADCNuRSBIAdtwS3OwJ8WSt7ECHPMgn7hW0ZG6g9FlrA'>هنا" target="_blank" rel="noopener noreferrer">هنا

هنا

هنا