دراسة جديدة تستهدف الروابط الهيدروجينية فائقة السرعة للماء

في دراسة جديدة فريدة من نوعها قام مجموعة من العلماء بمختبر "SLAC" التابع لوزارة الطاقة الأميركية وجامعة ستانفورد وجامعة ستوكهولم السويدية، بأول ملاحظة مباشرة لكيفية تفاعل ذرات الهيدروجين في جزيئات الماء مع الجزيئات المجاورة عند إثارة ضوء الليزر، وذلك حسبما نشر موقع "نيتشر" العلمي التخصصي.
وحسب الموقع، فان كل جزيء للماء يحتوي على ذرة أكسجين واحدة وذرتين من الهيدروجين، وان شبكة من الروابط الهيدروجينية بين ذرات الهيدروجين موجبة الشحنة في جزيء واحد وذرات الأكسجين سالبة الشحنة في الجزيئات المجاورة لجمع الجزيئات معًا. فيما تحدد شبكة الروابط الهيدروجينية الخصائص الغامضة للماء.
وفي هذا الإطار، فالى وقت قريب لم يكن بإمكان الباحثين ملاحظة التأثيرات التي تنشأ مباشرة عند تفاعل جزيئات الماء مع الجزيئات الأخرى على المستوى الذري. لكن الدراسة الجديدة توضح بشكل مباشر ولأول مرة أن استجابة شبكة الروابط الهيدروجينية لنبضة من الطاقة تعتمد بشكل كبير على الطبيعة الميكانيكية الكمومية لكيفية توزيع ذرات الهيدروجين في الفضاء؛ حيث تم حل هذه المشكلة باستخدام ما يسمى بـ "SLAC MeV-UED"، وهي "كاميرا إلكترونية" عالية السرعة تلتقط الحركات الجزيئية الدقيقة من خلال تشتت شعاع إلكتروني قوي في العينة.
والجديد في هذه الدراسة ان العلماء قاموا بابتكار نفاثات من الماء السائل بسمك 100 نانومتر جاعلين الجزيئات تهتز باستخدام أشعة الليزر تحت الحمراء. وبعد ذلك أرسلوا نبضات قصيرة من إلكترونات عالية الطاقة إلى الجزيئات. ونتيجة لذلك تم الحصول على صور عالية الدقة للتركيب الذري المتغير للجزيئات؛ الذي أوضح أنه عندما يبدأ جزيء الماء بالاهتزاز تسحب ذرة الهيدروجين ذرات الأكسجين من جزيئات الماء المجاورة قبل أن تدفعها بعيدًا بالقوة المكتسبة؛ ما يوسع المسافة بين الجزيئات.