اجتماعات من النوع الجزيئي أو - اجتماعات معزولة

إن العلاقات الناجحة بين الجزيئات - مثلها مثل العلاقات الإنسانية - تتطلب عدة شروط أساسية: أولا يجب أن تتقابل الجزيئات مع بعضها البعض، وبعد التقابل يجب أن تتاح لها فترة زمنية دنيا لحدوث التفاعل الكيميائي.

هاتان المشكلتان يواجههما الدكتور إدواردز ناريفيتشيوس من قسم الفيزياء الكيميائية في كلية الكيمياء. يهتم الدكتور ناريفيتشيوس بالظواهر الكمومية التي تظهر في التفاعلات الكيميائية، عندما تحدث عند درجات حرارة منخفضة جدًا - قريبة من الصفر المطلق. ولدراسة هذه الظواهر، التي لا تتجلى عند درجات الحرارة المرتفعة، قام بتطوير طرق تسمح بتبريد الجزيئات، وفي هذه العملية توفر أيضًا الظروف اللازمة للالتقاء والتفاعل فيما بينها. ويقول: "على عكس تبريد الذرات، وهو أمر بسيط نسبيًا، فإن تبريد الجزيئات إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق أمر معقد". "تحتوي الجزيئات على العديد من مستويات الطاقة وأيضًا أنواع مختلفة من الحركة - مثل الاهتزازات والدوران - مما يجعل التبريد صعبًا."

كيف يتم تبريد الجزيئات؟ تم تطوير الطريقة الأكثر شيوعا منذ حوالي نصف قرن، وفاز مخترعوها - دادلي هيرشباخ ويوان لي - بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 1986. في هذه الطريقة، التي تسمى الشعاع الأسرع من الصوت، يتم إنشاء شعاع من الجزيئات التي يرغبون في تبريدها بينما يتم حملهم في غاز بارد. عندما يتم السماح للغاز بالانطلاق تحت ضغط عالٍ في الفراغ - فإنه يبرد (لنفس السبب الذي يتسبب فيه إطلاق غاز الطهي في تبريد أنبوب الغاز وتراكم الجليد فوق الأنبوب). وهذه الطريقة بسيطة وسهلة ورخيصة الثمن، ويمكن من خلالها تبريد مادة موجودة في درجة حرارة الغرفة (حوالي 300 درجة كلفن) إلى درجة حرارة تصل إلى عُشر درجة فوق الصفر المطلق. ومن خلال تمرير شعاعين متقابلين، يمكن دراسة التفاعل الكيميائي بين جزيئين، والذي يحدث عند نقطة التقاء الحزمتين. إلا أن هذه الطريقة لها عيب كبير، ينبع من أن الطاقة لا تفقد أبدا: فالطاقة المنطلقة من النظام أثناء عملية التبريد تصبح طاقة حركة، ويتسارع الشعاع إلى سرعة قد تصل إلى كيلومترين في الثانية. وبسبب السرعة العالية، تكون مدة اللقاء بين الشعاعين قصيرة للغاية - مما يجعل من الصعب تكوين تفاعل كيميائي، ويعقد مراقبته، بل ويؤثر على منتجات التفاعل. يقول الدكتور ناريفيتشيوس: "هدفنا هو أخذ الجزيئات المبردة الموجودة في الشعاع، والقضاء على تأثير التسارع - وبالتالي الاستمتاع بمزايا الطريقة، والقضاء على عيوبها". إن طريقته في إيقاف الجزيئات والتقاطها - والتي بدأ تطويرها خلال أبحاث ما بعد الدكتوراه في مجموعة مارك رايزن في جامعة تكساس في أوستن - تشبه تطوير جيرارد ماير، الذي كان موجودًا منذ عقد من الزمن، والذي يسمى مبطئ ستارك . ولكن بينما تعمل طريقة ماير على إبطاء الجزيئات تدريجيًا باستخدام نبضات المجال الكهربائي، فإن طريقة الدكتور ناريفيتشيوس تعتمد على نبضات المجال المغناطيسي. واكتشف أن المجال المغناطيسي فعال بالنسبة لمجموعة أكبر من المواد - أي جزيء أو ذرة لها عزم مغناطيسي ثابت. لكن هذه الطريقة لها أيضًا عيوبها: أثناء التباطؤ، تحدث خسائر كبيرة في المواد، وتتشتت الجزيئات وتبتعد عن بعضها البعض. وتواجه هذه الجزيئات الفردية - المشابهة للجزيئات السريعة - صعوبة في "التعرف" على الجزيئات الأخرى، وتطوير علاقات مهمة من شأنها أن تؤدي إلى تفاعل كيميائي.

لمحاولة التغلب على هذه المشكلة، قام الدكتور ناريفيتشيوس بتطوير مصيدة مغناطيسية - وهو نوع من الكوب الذي يحمل الجزيئات بداخله طوال العملية. تم بناء المصيدة من ملفين مغناطيسيين يتدفق بداخلهما تيار في اتجاهين متعاكسين. وبهذه الطريقة يتم إنشاء "حفرة" تحد من حركة الجزيئات، ولا تسمح لها بالخروج. لكي تعمل المصيدة بشكل صحيح - كما يعلم أي شخص حاول الركض وهو يحمل قدح القهوة - يجب أن يحدث التباطؤ تدريجيًا، لأن الكبح المفاجئ سيؤدي إلى انسكاب الجزيئات خارج المصيدة. ولهذا الغرض، طور الدكتور ناريفيسيوس سلسلة من أكثر من 200 مصيدة متداخلة، والتي يتم تفعيلها تدريجيًا، واحدة تلو الأخرى، مع تباطؤ سرعة مركز المصيدة تدريجيًا بمقدار 100 مرة. وتظهر النتائج الأولية التي تم الحصول عليها في مختبره أن وبهذه الطريقة يمكن الوصول إلى سرعة عشرة آلاف غ) ز هو تسارع القوة على سطح الأرض)، والوصول إلى الاستفادة من حوالي 30% من المادة - مقارنة بعدد أعشار أ في المئة الواردة حتى الآن.

والآن بعد أن نجح في إنشاء مصيدة تحتوي على جزيئات مبردة وبطيئة، يخطط الدكتور ناريفيتشيوس لاستخدام الوسائل التي طورها للتعرف على العلاقات المنسوجة بينها. وهو مهتم بشكل خاص بتفاعلات الاحتراق - التي تشارك فيها جزيئات الأكسجين، بالإضافة إلى "الاصطدام الذاتي" للجزيئات من نفس النوع. بالإضافة إلى ذلك، فهو يريد إيجاد طرق للاقتراب أكثر من نقطة الصفر المطلق، ولتبريد الجزيئات الموجودة في الفخ الذي أنشأه - والذي تبلغ درجة حرارته حاليًا 100 جزء من الألف من الدرجة فوق الصفر المطلق - إلى جزء واحد فقط من الألف من الدرجة. ، أو حتى أقل.

شخصي

ولد إدواردز ناريفيتشيوس عام 1973 في فيلنيوس، ليتوانيا. حقق أول إنجازاته العلمية في سن المراهقة، عندما حصل على المركز الأول في الأولمبياد السوفيتي في الكيمياء لطلاب المدارس الثانوية. بعد ذلك، هاجر إلى إسرائيل وحصل على درجة البكالوريوس (1995) والدرجة الثالثة (2002) في الكيمياء في التخنيون، وفي الوقت نفسه خدم في جيش الدفاع الإسرائيلي كمطور أسلحة. على الرغم من تعليمه ككيميائي نظري، إلا أنه أصبح تدريجيًا مجربًا.

وفي الأعوام 2005-2000، عمل كعالم كبير في الشركة الناشئة OpTun Inc، التي تعمل على تطوير مكونات الاتصالات البصرية، حيث قام بتطوير وتسجيل براءة اختراع لمفتاح بصري يستخدم الآن كمكون في الأجهزة البصرية المختلفة، ومن ثم شرع في أبحاث ما بعد الدكتوراه في جامعة تكساس في أوستن، حيث بدأ بحثه في تناول إبطاء الجزيئات والذرات والتقاطها.
وفي عام 2008 انضم إلى قسم الفيزياء الكيميائية في معهد وايزمان للعلوم.

ناريفيتشيوس متزوج من يوليا، مهندسة كهربائية، وله ولدان: يوآف، ستة أعوام، وإيدان، ثلاثة أعوام. يمارس في أوقات فراغه فنون الدفاع عن النفس الكونغ فو ويعزف على البيانو.