با 1,000,000,000,000,000,000 پالس لیزر در هر ثانیه چه چیزی را می‌توان دید؟ / عکس

برای یک الکترون فقط چند میلیارد میلیاردیم ثانیه طول می‌کشد تا از اتم یا مولکول میزبانش فرار کند، چیزی از مرتبه 10 به توان منفی 18 ثانیه (18-10) که آتوثانیه خوانده می‌شود. دانشمندان اکنون توانسته‌اند بفهمند در این کسر از زمان، چه بلایی سر الکترون می‌آید!

به گزارش نیوساینتیست، آندریاس بکر و همکارانش در دانشگاه‌های کلرادو و گوئث فرانکفورت توانسته‌اند با شلیک تپ‌های فوق‌سریع لیزر فروسرخ به یون مولکول هیدروژن (ساده‌ترین مولکول طبیعت شامل دو پروتون و یک الکترون)، به این مهم دست یابند و بفهمند که یک واکنش شیمیایی چطور آغاز می‌شود.

پیش‌از این، دانشمندان توانسته‌بودند با استفاده از تپ‌های لیزر فمتوثانیه‌ای (هر فمتوثانیه یک میلیون‌میلیاردیم ثانیه یا 10 به توان منفی 15 ثانیه یا 15-10 است) حرکت اتم‌ها و مولکول‌ها را به تصویر بکشند، اما پیش از آن‌که واکنش اتفاق بیفتد، یک یا چند ذره الکترون باید از اتمی به اتم دیگر منتقل شوند و این فرآیند فقط چند آتوثانیه طول می‌کشد!

محاسبات نشان داده بود که استفاده از تپ‌های لیزری با عمر80 آتوثانیه می‌تواند برای تصویربرداری از حرکت الکترون‌ها استفاده شود. برای این کار، گروه از لیزرهای فمتوثانیه‌ای استفاده کرد که ساده‌تر تولید می‌شوند و سپس با دوران دادن آنها در هر 1.55 فمتوثانیه، کاری کرد که این پرتوهای لیزری بتوانند هر 15 تا 20 اتوثانیه، حرکت الکترون‌ها را ثبت کنند. این شیوه دقیقا شبیه به حرکت عقربه ساعت‌شمار ساعت است که هرچند یک ساعت طول می‌کشد تا یک دور کامل بچرخد، اما می‌تواند گذشت هر دقیقه را نشان دهد.

انتظار دانشمندان این بود که وقتی میدان الکتریکی لیزر به بیشینه خود می‌رسد، الکترون از یون هیدروژن آزاد شود؛ اما در کمال تعجب، الکترون 350 آتوثانیه بعد از اتم فرار کرد (در جهت علامت سفید روی عکس). این نتیجه فقط یک معنی دارد و آن، این‌که درک دانشمندان از چگونگی یونیزاسیون ساده‌ترین مولکول طبیعت درک کاملی نیست!

هرچند هنوز مشخص نیست که چرا آزادشدن الکترون از مولکول یونیزه به‌چه دلیل این‌قدر طول کشید، اما این آزمایش نخستین گام برای دست‌یابی به واکنش‌های شیمیایی کنترل‌شده است، آرزویی که شیمی‌دانان قصد دارند با کنترل مسیر حرکت الکترون به آن دست یابند.