أعلن فريق الباحثين في الدراسة الأخيرة التي نُشرت في مجلة Physical Review Letters عن تحقيق يتيح تصوير حركة إلكترون التكافؤ أثناء تفكك جزيء الأمونيا. وتؤكد النتائج أن الأشعة السينية تمتلك النطاق الطول الموجي المثالي لالتقاط التفاصيل على المستوى الذري، ما يجعلها أداة مثالية للتصوير الجزيئي. وتوضح الدراسة أن الأشعة السينية تتفاعل بقوة مع الإلكترونات الأساسية القريبة من النواة، في حين تبقى إلكترونات التكافؤ التي تدير التفاعلات الكيميائية مخفية عن الإشارة. وأوضح إيان جابالسكي، الطالب الدكتوراه والمؤلف الرئيسي للدراسة، أن الهدف كان التقاط صور للإلكترونات الفعلية التي تحرك التفاعل.
آلية الرصد والإشارات الكمية
توضح المعالجة النظرية أن الأشعة السينية تتفاعل بقوة مع الإلكترونات الأساسية القريبة من النواة، بينما تبقى إلكترونات التكافؤ خارج نطاق الإشارة المباشر. وهذا يجعل تصوير حركة هذه الإلكترونات تحديًا تقنيًا حتى مع وجود نطاق طول موجي مثالي. وتُعرَف السحب الإلكترونية المميزة باسم المدارات، وكل مدار له شكل يختلف باختلاف طاقة الإلكترون وموقعه. وتُظهر الرسوم المصاحبة تغير كثافة السحب مع بدء تفكك الجزيء، وهو ما يعكس مكان وجود الإلكترون واحتمالاته خلال التفاعل.
أُجريت التجربة في مصدر الضوء المتماسك الخطي التابع لمختبر SLAC الوطني للمسرعات. أُرسلت نبضة من الضوء فوق البنفسجي إلى جزيء الأمونيا فدفع أحد الإلكترونات إلى مستوى طاقة أعلى، وهو ما يحفز تفاعلًا كيميائيًا. ثم باستخدام الأشعة السينية، سجل الباحثون كيف انحرفت سحابة الإلكترون مع بدء تفكك الجزيء، وهو تغير يجسد مفهوم الكثافة الاحتمالية للإلكترون في الفيزياء الكمية. وتوضح الصورة الناتجة أن المدارات المعنية تحدد مواقع الإلكترون وتحركاته بدقة أعلى ممّا يلاحظه نهج بسيط.
آفاق تطبيقية وتطوير مستقبلي
يأمل الباحثون في تكييف النظام ليعمل في بيئات ثلاثية الأبعاد تحاكي الأنسجة بشكل أقرب إلى الواقع. وقد يساهم ذلك في تطبيقات الطب التجديدي مثل زراعة الأنسجة وإصلاحها عند الطلب. كما تشير النتائج إلى إمكان استخدام التقنية في تصميم أدوية جديدة وتسهيل عمليات كيميائية أكثر نظافة وكفاءة.