الإنجاز يتيح تصميم أدوية أفضل.. وعمليات كيميائية أنظف ومواد أكثر كفاءة

لأول مرة. استخدم العلماء ومضات أشعة سينية فائقة السرعة لالتقاط صورة مباشرة لإلكترون واحد خلال حركته أثناء التفاعل الكيميائي.

في الدراسة الجديدة. المنشورة بمجلةPhysical Review Letters. حقق الباحثون هذا الإنجاز بتصوير كيفية تحرك إلكترون التكافؤ -وهو إلكترون في الغلاف الخارجي للذرة -عند تفكك جزيء الأمونيا.

تتميز الأشعة السينية بنطاق الطول الموجي المثالي لالتقاط التفاصيل علي المستوي الذري. ولهذا السبب تُعد مثالية لتصوير الجزيئات.

ومع ذلك. تتفاعل الأشعة السينية بقوة فقط مع الإلكترونات الأساسية القريبة من نواة الذرة. كانت إلكترونات التكافؤ -وهي الإلكترونات الخارجية في الذرة والمسؤولة فعليًا عن التفاعلات الكيميائية -مخفية.

صرح إيان جابالسكي. طالب دكتوراه في الفيزياء والمؤلف الرئيسي للدراسة. لموقع Live Science: "أردنا التقاط صور للإلكترونات الفعلية التي تُحرك هذاالتفاعل".

وأضاف جابالسكي: "إذا تمكن العلماء من فهم كيفية تحرك إلكترونات التكافؤ أثناء التفاعلات الكيميائية. فقد يُساعدهم ذلك علي تصميم أدوية أفضل. وعمليات كيميائية أنظف. ومواد أكثر كفاءة".

وللبدء. احتاج الفريق إلي إيجاد الجزيء المناسب. وتبين أنه الأمونيا. قال جابالسكي: "الأمونيا مادة فريدة نوعًا ما. ولأنها تتكون من ذرات خفيفة. فلا يوجد الكثير من الإلكترونات الأساسية التي تحجب إشارة الذرات الخارجية. لذا. أتيحت لنا فرصة رؤية إلكترون التكافؤ هذا فعليًا."

أُجريت التجربة في مصدر الضوء المتماسك الخطي التابع لمختبر SLAC الوطني للمسرعات. وهو منشأة تُنتج نبضات أشعة سينية قصيرة وشديدة. أولًا. وجّه الفريق لجزيء الأمونيا نبضة خفيفة من الضوء فوق البنفسجي. مما جعل أحد الإلكترونات "يقفز" إلي مستوي طاقة أعلي. عادةً ما تبقي الإلكترونات داخل الجزيئات في مستويات طاقة منخفضة. وإذا دُفعت إلي مستوي طاقة أعلي. يُحفز ذلك تفاعلاً كيميائيًا. ثم باستخدام الأشعة السينية. سجل الباحثون كيف انحرفت "سحابة" الإلكترون مع بدء تفكك الجزيء. في فيزياء الكم. لا تُري الإلكترونات ككرات صغيرة تدور حول النواة. بل توجد كسحب احتمالية. حيث "تعني الكثافة العالية زيادة احتمالية رؤية الإلكترون". كما أوضح جابالسكي. تُعرف هذه السحب أيضًا بالمدارات. ولكل منها شكل مميز يعتمد علي طاقة الإلكترون وموقعه.

يأمل الباحثون في تكييف النظام للاستخدام في بيئات ثلاثية الأبعاد تُحاكي الأنسجة الحقيقية بشكل أفضل. وهذا من شأنه أن يُقرّبه من تطبيقات الطب التجديدي. مثل زراعة أو إصلاح الأنسجة عند الطلب.