מבט ישיר על שבירתו של קשר כימי

מדענים ממועצת המחקר הלאומית של קנדה (NRC) ומאוניברסיטת אוטווה הצליחו לחזות בקשר כימי תוך כדי התפרקותו

היצירה והשבירה של קשרים כימיים הינן בבסיס התהליך הביוכימי של החיים עצמם. הבנה מעמיקה יותר של התהליכים הקוונטיים האחראיים לקיומן של תגובות כימיות, עשויה להוביל לאמצעים חדשניים בתכנון ובבקרה של פרודות – ובסופו של דבר לפריצות דרך מדעיות בתחומי הבריאות, האבחון הרפואי, המחשוב קוונטי, הננוטכנולוגיה, מדעי הסביבה וסוגיות אנרגיה.

צוות המחקר מאוניברסיטת אוטווה, בראשותו של ד"ר David Villeneuve, הגיע להישגו תוך שימוש בשיטה שפותחה לפני שנים מספר במכון עצמו ואשר באמצעותה ניתן לקבל תמונה של אלקטרון יחיד ה"חג" מסביב לפרודה. בניסוי הנוכחי, אודותיו מדווח במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Nature, המדענים הזריקו גז ברום לתוך תא בו קיים ריק. שם הופעלה פעימה קצרה ביותר של קרינה על-סגולה שגרמה לפרודות הברום להתפרק לאטומים הנפרדים שלו. מספר פמטו-שניות (femtosecond, 1 / 1,000,000,000,000,000 שניות) לאחר-מכן, הופעלה פעימת לייזר עוצמתית בתחום התת-אדום שגרמה לפרודה לפלוט פרץ של קרינת רנטגן, שממנה ניתן לקבל תצלום-בזק של מיקום האטומים בזמן התפרקותה של הפרודה ולחשוף ע"י כך כיצד האלקטרונים מתארגנים למצב החדש.

"לאור החוקים המוזרים של פיסיקה קוונטית," מסביר החוקר, "פרודה המתפרקת באמצעות פעימת לייזר על-סגולה, היא גם, בו-זמנית, לא מושפעת ממנה, סתירה, הקיימת גם עבור המקרה שבו חתולו של שרדינגר הוא גם מת וגם חי, בו-זמנית."

ההתנגשות שבין שתי פליטות קרני-הרנטגן שנבעו משני מצבים קוונטיים נפרדים של הפרודה, שימשה למציאת האטומים המתפרקים ולהביט בפרודה, במקטע זמן של 200 פמטושניות בלבד, בזמן שהיא מתקדמת מהיותה פרודה אחת לשבירתה לשני אטומים נפרדים. בניסוי זה הגיעו החוקרים לרמת דיוק שמתחת לחמש מאות זפטו-שניות (zeptoseconds, 1 / 1,000,000,000,000,000,000,000 שניות) במדידת הזמן של פרצי קרינות הרנטגן. "מרגש לראות את השינוי הקוונטי המתרחש במעבר מפרודה, שבה האלקטרונים משותפים לשני האטומים, לאטומים נפרדים," אומר החוקר.

לדבריו של פרופסור Paul Corkum, השותף לכתיבת המאמר וחלוץ בפיסיקת אטו-שניות (attosecond, 1 / 1,000,000,000,000,000,000 שניות), "בחיים האמיתיים אנו הכי הרבה רגישים לתנועה שבה קיים רקע קבוע כנקודת ייחוס. הוכחנו שהדבר נכון גם לגביי העולם המולקולארי. פרודות שאינן מגיבות – לרוב הן מטרד בניסוי – יכולות גם הן להוות נקודת ייחוס. אל מול רקע קבוע זה אנו מספיק רגישים בכדי להבחין בתנועה של מספר פרודות מתפרקות. הניסוי מהווה שלב חשוב נוסף לעבר מימוש החלום המדעי של צילום תגובה כימית."

הידיעה על הניסוי