لأكثر من قرنين ، عرف العلماء أن المياه تنقل شحنة إيجابية من خلال البروتونات. لكنهم لم يروا ذلك يحدث بالفعل – حتى الآن.
في ورقة علمية نُشرت في 11 سبتمبر ، أفاد باحثون ييل أنهم ابتكروا طريقة لتتبع رحلة البروتون وقياسها وقياسها بشكل فعال. بالنسبة للتجربة ، استخدم الفريق مطيافًا جماعيًا طوله 30 قدمًا-وهو أداة تفصل عناصر مختلفة بالكتلة-والتي استغرقت سنوات لتخصيص وصقلها. سمح لهم الجهاز بقياس مدى سرعة تحريك البروتونات من خلال ستة جزيئات مائية مشحونة.
وقال مارك جونسون ، كبير مؤلفي الدراسة والكيميائي في جامعة ييل ، في بيان: “نعرض ما يحدث في نظام جزيئي صغير حيث لا يوجد مكان للاختباء للبروتونات”.
حل لغز واضح على ما يبدو
هناك قائمة طويلة بشكل مدهش من الأشياء في العلوم التي نعرفها – أو الشك بشدة – أن تكون صحيحة ، لكن إما لم يتم تأكيدها مباشرة أو لا تزال تفتقر إلى تفسير جيد.
لم يمنع ذلك العلماء والمهندسين من استخدام هذه الأفكار التي لم يتم تأكيدها بعد لتحقيق بعض الاختراقات الرائعة. أوضح الباحثون أن البروتونات في الماء ، على سبيل المثال ، تلعب دورًا في “كل شيء من البصر إلى تخزين الطاقة إلى وقود الصواريخ”.
لكن البروتونات صغيرة للغاية ويعرض خصائص ميكانيكية الكم ، مما يجعلها من الصعب تتبعها بشكل محبط.
وقال جونسون: “إنهم ليسوا مهذبين بما يكفي للبقاء في مكان واحد لفترة كافية للسماح لنا بمراقبةهم بسهولة”. “يُعتقد أنهم يجرون الشحنة من خلال آلية ترحيل على نطاق ذري ، حيث تقفز البروتونات من الجزيء إلى الجزيء.”
محاصرة في “سيارة أجرة” عضوية
لمراقبة مثل هذه العمليات في العمل ، استخدم جونسون وفريقه حمض 4 أمينوبنزويك ، وهو جزيء عضوي قادر على أخذ بروتون إضافي في موقعين مختلفين. وقال المؤلف المشارك في الدراسة بايتن هارفيل ، وهو طالب ما بعد الدكتوراه في جامعة ييل ، في البيان ، إن الموقعين يمكن تمييزهما بلون الضوء الذي يمتصه.
للتجربة ، قام الفريق بربط جزيئات حمض الأمينوبنزويك 4 إلى جزيئات الماء الستة. أوضح هارفيل أنه في هذا الإعداد ، لا يمكن للبروتونات سوى “الانتقال من موقع الإرساء إلى الآخر (عن طريق التثبيت) على شبكة تاكسي مائية.”
وأوضح الباحثون أن البروتونات “تربط” على سيارة الأجرة ، فإن مطياف الكتلة المتخصصة للفريق “يحلل كل رد فعل عشر مرات في الثانية مع أشعة الليزر المحددة بعناية.
لتوضيح ، ما زالت التجربة لم تصطاد الخطوات الوسيطة لمسار البروتون عبر الماء. ومع ذلك ، فإنه يحدد المعلمات الأكثر صرامة لهذه العملية حتى الآن ، وقال جونسون.
وأضاف: “نحن قادرون على تقديم معايير من شأنها أن تمنح المنظرين هدفًا محددًا جيدًا لمحاكاةهم الكيميائية ، والتي تكون في كل مكان ولكنها لم يتم تحديها بالمعايير التجريبية”.
في الواقع ، إذا تمكنت هذه التكنولوجيا من التوسع إلى ما وراء مطياف ييل المخصص ، فقد تعطي دفعة إضافية لدقة التجارب في الكيمياء الأساسية. بالنظر إلى الطريقة التي يتم بها أخذ العلوم 200 عام للوصول إلى هذه النقطة ، يجب أن يكون الأمر أكثر من ذلك لقيادة هذه الطريقة في المنزل انتظارًا أقصر.