حدود القطع: ما مدى عمق ظاهرة عدم التناظر في الجزيئات؟

ما عدد دورات ضوء الليزر المستقطب اللازمة لتشخيص الجزيء على أنه ذو بنية يسارية أو يمينية؟ أو أي جزء من دورة واحدة (القسم)؟ نصف دورة؟ ربع؟ العاشر؟ كم عدد الدوائر؟ اقل من ذلك؟

تعتمد إحدى طرق فحص الاتجاه اللولبي للجزيئات على إسقاط الضوء المستقطب (والدوار) على الجزيء. وتبين أن الجزيء ذو البنية اليمنى يمتص الضوء المستقطب بمعدل مختلف قليلاً مقارنة بمعدل امتصاص "شقيقته" التي لها بنية أعسر. يقيس القياس الأكثر حساسية كمية الإلكترونات المنبعثة من الجزيء عندما يتأين، في اتجاه انتشار الضوء. عندما يمتص الجزيء الكيرالي ضوءًا مستقطبًا دائريًا، فإن عدد الإلكترونات المنبعثة في هذا الاتجاه يختلف قليلاً في الجزيء الأيمن مقارنة بالجزيء الأيسر. وبالتالي، يمكن استخدام حساب هذه الإلكترونات المنبعثة - ومقارنة الكميات - لتشخيص البنية المكانية للجزيئات التي يتم فحصها وتحديد اتجاهها اللولبي. تفحص هذه الطريقة تفاعل الجزيئات اللولبية خلال فترات زمنية طويلة.

ولكن ما مدى عمق ظاهرة اللاتماثلية في الجزيئات (أي ما هو أقصر زمن رد فعل بين الضوء والمادة، وهو ما يكفي لقياس اللالاعقلانية)؟ أو بعبارة أخرى، ما عدد دورات ضوء الليزر المستقطب اللازمة لتشخيص الجزيء على أنه ذو بنية يسارية أو يمينية؟ أو أي جزء من دورة واحدة (القسم)؟ نصف دورة؟ ربع؟ العاشر؟ كم عدد الدوائر؟ اقل من ذلك؟

وجدت البروفيسور نيريت دودوفيتز وأعضاء مجموعتها في قسم فيزياء الأنظمة المعقدة، في معهد وايزمان للعلوم، بالتعاون مع مجموعة البحث فاليري بلانشيت وجان مايرز من جامعة بوردو، في فرنسا، طريقة أصلية - على الرغم من تعقيدها من الناحية التكنولوجية - من شأنه أن يسمح لهم بالإجابة على هذا السؤال. إذا كنت تريد اختبار استجابة أسرع، فيجب عليك اختبارها بطريقة أسرع. وهذا يعني أنه يجب التوصل إلى نتيجة لا لبس فيها من خلال قسم أضيق - وأقصر، أو أسرع - من الضوء المستقطب دائريًا، والذي يتم إرساله "لفحص" بنية الجزيء.

لتمكين قياس اتجاهية الجزيء الذي يتم فحصه باستخدام الحد الأدنى من حدود القطع، أنشأ العلماء مزيجًا بين شعاعي ليزر مستقطبين في اتجاهات مختلفة وبأطوال موجية (ألوان) مختلفة. نتيجة الاستقطاب في الاتجاهات المختلفة، واختلاف الألوان وسرعة الفلاش، خلقت - بدلاً من نمط الضوء الدوار - نوعًا من نمط الاستقطاب مشابهًا للرقم 8. عندما يتم تسليط نمط الضوء هذا على عينات المواد، "تنقلب" الفصوص ويتغير اتجاه دوران الضوء بسرعة عالية جدًا، تُقاس بعدة عشرات من الأتو ثانية (آتو ثانية هي جزء من مليار من مليار من الثانية). نتيجة للإشعاع الضوئي، تتأين جزيئات المادة التي تم اختبارها؛ ولكن نتيجة للتناوب السريع والمتكرر لـ "فصوص" الضوء المستقطب الدوار (الذي له نمط يشبه الشكل 8)، يتغير رد فعل اتجاهات انبعاث الإلكترونات من الجزيئات المؤينة. بمعنى آخر، ابتكر العلماء نوعًا من مفتاح الضوء السريع، والذي يعمل بمثابة مقياس لعدم التناظر. أظهرت التجربة لأول مرة أنه من الممكن تشخيص ظاهرة عدم الانطباق في فترات زمنية تتراوح بين عشرات إلى مئات الأتو ثانية، وبالتالي قياس الأوقات التي يمكن فيها قياس عدم التناظرية لأول مرة.

للمادة العلمية