رحلة إلى الجزيء

وقام العلماء بقياس سرعات الجسيمات في الجزيء، عندما قاموا بتحليل حركة الجسيمات الأربعة التي تشكل جزيء الديوتيريوم. ويشكل التحليل النظري لمثل هذا النظام تحديًا، لأنه في الوقت الحالي لا يوجد نموذج تفصيلي لإجراء مقارنة بين النتائج التجريبية والحساب النظري.

الحاوية الغرينية، غاليليو

الرابط المباشر لهذه الصفحة: https://www.hayadan.org.il/whatismolecule.html

كيف يتم بناء الجزيء؟ ما هي المسافات بين الجزيئات الموجودة فيه، وما هي سرعتها، وما هي اتجاهات حركتها؟ توفر ميكانيكا الكم الإجابات على هذه الأسئلة - وعلى هذا النحو، لا تتعامل مع الجسيمات النقطية ذات الموقع والسرعة الدقيقين، ولكن مع سحب الاحتمالية. وكلما كان الجزيء أكثر تعقيدا، كلما زادت صعوبة إجراء الحسابات التي تعطي صورة واضحة عما يحدث داخل الجزيء، وتأخذ في الاعتبار مدارات الإلكترون والاهتزازات النووية وتأثيراتها المتبادلة.
قامت مجموعة تضم علماء (ثورستن ويبر، رينهارد دورنر وزملاء) من جميع أنحاء العالم بنشر مقال في مجلة Nature، يعرض فيه بحث يتناول ديناميكيات الجسيمات داخل الجزيء. وقام الباحثون بتحليل حركة الجسيمات الأربعة التي تشكل جزيء الديوتيريوم (الهيدروجين الثقيل): إلكترونين، ونواتين، يحتوي كل منهما على بروتون ونيوترون. وأجريت التجارب في مختبرات بيركلي في كاليفورنيا.
أثناء التجربة، تم قصف الجزيء بالفوتونات؛ عادةً ما يؤدي امتصاص طاقة الفوتون إلى إطلاق إلكترون واحد، ولكن قد يحدث أيضًا إطلاق كلا الإلكترونين. في مثل هذه الحالة، لم تعد هناك قوة من شأنها أن تربط النواتين الموجبتين كجزيء. إنهم يتنافرون، ويتفكك الجزيء.
وقد تم التحقيق في مثل هذه الحالات باستخدام أجهزة الكشف عن الجسيمات. قامت المجالات الكهربائية والمغناطيسية بتوجيه الجزيئات إلى أدوات القياس التي التقطت "شظايا" الجزيء وقياس سرعتها. عندما يتم معرفة السرعة، وكذلك أوقات حدوثها في النظام، والقوى المؤثرة عليه بعد التفكك وموقع الجزيء قبل تفككه، فمن الممكن إعادة بناء حركة الجزيئات داخل الجزيء عند لحظة تفككها.
إذا كانت العملية التي تسبب تفكك الجزيء مفهومة بشكل كافٍ، فيمكن استخلاص النتائج من النتائج المتعلقة بديناميكيات الجسيمات في الحالة المرتبطة، أي قبل حدوث الضرر. الفوتون عبارة عن جسيم بدون كتلة ولا شحنة كهربائية، لذا فإن تفاعله مع الجزيء (المعروف باسم "التشتت") بسيط نسبيًا.
وفي تحليل الحركة يمكن الافتراض أن الفوتون لم يغير سوى سرعة الإلكترونات، في حين أن نوى الذرات، وهي ثقيلة نسبيا، وجدت في لحظة التفكك في نفس الحالة التي كانت عليها قبل الاصطدام. بعد الانفصال، فقط التنافر الكهربائي الذي يحدث بينهما هو الذي يغير سرعتهما.
ويعتمد هذا التنافر على المسافة بينهما، ومن قياس السرعة النهائية يمكن الحصول على فكرة عن المسافة الأولية التي تفصل بين النوى. ومن الممكن أيضًا التعرف على تأثير هذه المسافة على حركة الإلكترونات. اتضح أن حركة الإلكترونات تعتمد بشكل كبير على المسافة بين النواة.

ويشكل التحليل النظري لمثل هذا النظام تحديا. لا يوجد حاليا أي نموذج مفصل بما فيه الكفاية لإجراء مقارنة بين النتائج التجريبية والحسابات النظرية. ولم تشرح النماذج التي أنشأها المجربون الملاحظات بشكل كامل، وخاصة طبيعة الاعتماد بين حركة الإلكترون والمسافة بين النوى.
خبير فيزياء

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~63376524~~~95&SiteName=hayadan