שתף קטע נבחר

הכי מטוקבקות

    סריקת CT למולקולות

    האורביטלים הם בריות חמקמקות, שבגלל עקרון האי-ודאות של הייזנברג אי אפשר להדמות את צורתן באופן מלא או במדויק. טכנולוגיה חדישה מסייעת כעת ליצור תמונה תלת-ממדית של אורביטלים אלקטרוניים

    בעולם הקוונטי מתוארים עצמים באמצעות פונקציות גל. אלקטרונים במולקולות, למשל, מצויים באורביטלים דמויי-גל, צורות מטושטשות הקובעות תכונות כגון רמת האנרגיה של האלקטרון והנטייה של המולקולה לעבור תגובות כימיות כלשהן. אבל אורביטלים הם בריות חמקמקות שבגלל עקרון האי-ודאות של הייזנברג אי אפשר להדמות את צורתן באופן מלא או במדויק.

     

    כעת, חוקרים במועצה הקנדית למחקר באוטווה הצליחו ליצור תמונת סריקה תלת-ממדית של האורביטל האלקטרוני החיצוני במולקולת חנקן. "פתיחת הצמצם" בשיטת ההדמיה הזאת מהירה דיה כדי לאפשר ביום מן הימים סריקות שינציחו מולקולות בעיצומה של תגובה כימית.

     

    קבוצת המחקר, בראשותו של פול ב' כורקום ודייוויד מ' וילנוב, השתמשה בפעימת לייזר של 30 פמטו-שניות 3x10-14 ) שניות) בלבד. במהלך פעימת הלייזר מתנודד השדה החשמלי של האור כתריסר פעמים. כל תנודה כזאת גורמת לאלקטרון החיצוני ביותר במולקולת החנקן להתנודד הלוך ושוב - להתרחק מן המולקולה ולשוב ולהתקרב אליה לסירוגין.

     

    אף על פי שלמראית עין הלייזר הוא "הפנס" שבו משתמש הצוות כדי "להאיר" על האלקטרון, האלקטרון עצמו, בדרכו חזרה אל עבר המולקולה הוא זה שפועל למעשה כ"קרן האור" של ההדמיה. ליתר דיוק, השדה החשמלי של הלייזר גורם לחלק קטן מפונקציית הגל של האלקטרון להתנודד הלוך ושוב. דמיינו זאת כאילו האלקטרון מצוי בשני מקומות בו זמנית: רובו עדיין מצוי באורביטל המקורי סביב החנקן, אבל מקצתו תלוש.

     

    פעימה רגילה ויפה

     

    ההאצה החדה הופכת את גל האלקטרון הנע לגל פשוט המתנהג כמו פעימה רגילה ויפה של קרן אלקטרונים בעלת אורך גל קצר ביותר - קרן המתאימה בדיוק לצורך הדמיה. כשהגל הפשוט הזה חוזר וחוצה את המולקולה, נוצרת תבנית התאבכות עם החלק הנייח של פונקציית הגל של האלקטרון, בדומה לשתי סדרות של גלי מים החוצות זו את זו ויוצרות תבנית הפרעה הנראית כלוח שחמט.

     

    כדי להשלים את ההדמיה צריך לגלות את תבנית ההתאבכות. כשהגל הפשוט נע, התבנית מתנודדת במהירות ופולטת קרינה אולטרה-סגולה שהחוקרים יכולים לקלוט. מידע על אודות האורביטל האלקטרוני נקלט על ידי גל האלקטרון הנע ומוטבע כצל בפליטה האולטרה-סגולה. כדי לקבל תמונה תלת-ממדית יש לחזור על התהליך בזוויות שונות, כמו בסורק CT רפואי. את הזווית קובעים על ידי יישור כל מולקולות החנקן שבדוגמה באמצעות פעימת לייזר חלשה מעט יותר המופעלת כמה פיקו-שניות (10-12 שניות) לפני פעימת ההדמיה.

     

    תוצאות ההדמיה תואמות למדי לצורת האורביטל האלקטרוני המתקבלת באמצעות חישוב תאורטי. פֶרֶנק קראוס ממכון מקס פלנק לאופטיקה קוונטית שעל יד מינכן אומר: "הייתי נרגש מאוד כשראיתי בפעם הראשונה את תמונות האורביטלים המולקולריים שהתקבלו בניסוי. לטכניקה יש פוטנציאל רב."

     

    הפעימות הקצרות בעולם

     

    בסוף 2003 הדגימה קבוצתו של קראוס סוג אחר של הדמיה באמצעות פעימות של 250 אטו-שניות (2.5x10-16 שניות) באור אולטרה-סגול באורך גל קצר מאוד. היו אלה הפעימות הקצרות ביותר שיוצרו מעולם. שתי השיטות משלימות זו את זו - השיטה של קראוס קשורה בדינמיקה של האלקטרונים הפנימיים, ואילו זו של כורקום ווילנוב פועלת על האלקטרונים החיצוניים ביותר.

     

    יהיה מעניין ביותר ליישם את השיטה על מולקולות מסובכות יותר ועל מולקולות במהלך תגובה כימית. וילנוב אומר שהוא שוקל לבדוק מולקולות של טרי-פלואורו-יודו-מתאן שעשויות להישבר תוך כדי בדיקה על ידי הלייזר שבו משתמשים החוקרים. "אז נוכל לעקוב אחרי הפירוק," הוא אומר, "ולמדוד איך האטומים זזים."

     

    לפנייה לכתב/ת
     תגובה חדשה
    הצג:
    אזהרה:
    פעולה זו תמחק את התגובה שהתחלת להקליד
    מומלצים