אמצעי חדש למדידת התנגשויות קרות

חוקרים מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים, וממכון ויצמן למדע, פיתחו אמצעי חדש שיאפשר לחוקרים לבחון מקרוב את הפיזיקה והכימיה של התנגשויות קרות בין יונים מולקולריים עם יונים בעלי מטען הפוך, עם אטומים ניטרליים ועם אור. האמצעי החדש יאפשר לחוקרים למדוד ולאפיין במעבדה גם תהליכים חשובים באסטרוכימיה

מלכודות יונים (אטומים או מולקולות בעלי מטען חשמלי) הפכו עם השנים למכשירים רב שימושיים שחדרו למעבדות רבות ברחבי העולם. לכידה של יונים לאורך זמן דרושה למדידות מדויקות של ספקטרום המסות, זמני החיים, ודינאמיקה של תהליכים כימים של יונים. אחת מהמלכודת הפופלארית ביותר היא מלכודת לקרן יונים שהמציא פרופ’ דניאל זייפמן ממכון ויצמן למדע. מלכודת זו בנויה בדומה למהוד אופטי הכולא קרן אור בין שתי מראות בקצותיו. מלכודת קרן היונים מורכבת, לעומת זאת, ממראות אלקטרוסטטיות שלוכדות יונים בעלי מטען ומהירות מסוימים הנעים בריק בין זוג המראות.

כעת, חוקרים מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים הציעו שדרוג מעניין למלכודת המבוסס על הרעיון של מראות דיכרואיות, כלומר מראות שיכולות להחזיר אור בצבע אחד אך מעבירות אור בצבע אחר. במלכודת יונים, המראה האלקטרוסטטית החדשה תחזיר חלקיקים בעלי מטען ואנרגיה מסוימים אבל תעביר חלקיקים בעלי מטען הפוך שאף אותם יהיה ניתן ללכוד בין זוג מראות נוסף. כך ניתן ללכוד בו-זמנית באותו המכשיר קרני יונים בעלי מטען הפוך. בין המראות, המטענים החיוביים והשליליים יתנגשו התנגשויות קרות באופן נשלט (באנרגיות נמוכות) שיאפשרו ביצוע של ניסויים.

מבנה המערכת המורכבת בימים אלו באוניברסיטה העברית בירושלים, מתואר בסרטון הבא. הסרטון מתחיל כאשר היון הכחול חודר למלכודת ונכלא בין המראות הפנימיות. כעת, אם נחדיר את היונים האדומים (בעלי מטען הפוך) הם יעברו בקלות את המראות הפנימיות אבל יוחזרו מהמראות החיצוניות. בין המראות, היונים הלכודים במהוד ניתנים למניפולציות חיצוניות ובכך חוקרים יכולים לערוך ניסויים בהתנגשויות קרות ובאנליזת תהליכים שונים בכימיה של יונים.

התנאים הייחודיים במלכודת מאפשרים לשחזר תהליכים כימיים בסביבות שונות ובפרט התנאים הקיימים בחלל החיצון, שם, בגלל הטמפרטורות הנמוכות, יש חשיבות מיוחדת לכימיה של יונים מולקולריים. משום שלכידה אלקטרוסטטית אינה מוגבלת במסה, החוקרים מקווים להשתמש במכשיר זה גם לביצוע אנליזה של הכימיה הנובעת מהתנגשויות של מולקולות ביולוגיות כבדות.

פרופ’ דניאל שטראסר, חוקר מוביל מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים, ושותף למאמר מציין: “בכל פעם שבונים מכשיר ניסיוני חדש אנחנו מגלים דברים חדשים ומפתיעים על הדרך שבה הטבע פועל. אנחנו מתרגשים לחקור ולגלות את המנגנונים השולטים ביצירה ושבירה של קשרים כימיים בתנאים קיצוניים”.

למאמר המלא

לאתר של פרופ’ דניאל שטראסר