العلماء يبتكرون أول مجهر قادر على رؤية الإلكترونات في حالة الحركة

ابتكر فريق من الباحثين في جامعة أريزونا   مجهرا يعمل بسرعات مذهلة تمكنه من التقاط صورة واضحة للإلكترونات المتحركة، حيث يستخدم هذا المجهر نبضات إلكترونية بسرعة تصل إلى أتوثانية واحدة، أي ما يعادل كوينتيليون من الثانية، وهي وحدة زمنية تخضع لنظام الوحدات الدولي وتعادل 10^18 من الثانية، لالتقاط "إطارات مجمدة" للجسيمات دون الذرية، التي تتحرك بسرعة كافية لتدور حول كوكب الأرض في غضون ثوانٍ.

ابتكار علمي جديد

يُعد هذا التقدم المهم نقطة تحول كبيرة، حيث يمكن أن يتيح للعلماء الكشف عن ما يحدث للإلكترونات أثناء التفاعلات فائقة السرعة، مثل عملية كسر الروابط الكيميائية، وأشار محمد حسن، الأستاذ المساعد في الفيزياء وعلوم البصريات بجامعة أريزونا، وأحد المشاركين في الدراسة، في بيان حول العمل: "لأول مرة، نستطيع تحقيق دقة زمنية تصل إلى أتوثانية باستخدام مجهرنا الإلكتروني المرسل، وأطلقنا عليه اسم 'أتوميكرسكوب'، ويمكننا رؤية أجزاء من الإلكترون في حالة حركة."

تطور المجاهر الإلكترونية

تقترب المجاهر الإلكترونية السابقة من تحقيق هذا الإنجاز، حيث تصل سرعتها إلى عدة أتوثواني بدلاً من واحدة فقط، ومع ذلك، فإن هذا الفرق يُعد بمثابة الأبدية على المستوى دون الذري، حيث لم يكن العلماء قادرين على مراقبة بعض تفاصيل تفاعلات الإلكترون المختلفة أثناء حدوثها، وبعبارات التصوير الفوتوغرافي، لم تكن تلك المجاهر تمتلك سرعة كافية لالتقاط الصورة، أو إطارًا زمنيًا عاليًا.

تقنية متطورة

لتحسين هذه الجهود، صمم الباحثون في أريزونا "أتوميكرسكوب" ليقوم بتقسيم الليزر إلى نبضة إلكترونية ونبضتين ضوئيتين، وكيفية عملهم معا هي السر: فلا يكفي أن تكون النبضة الإلكترونية، التي تقوم بالتصوير الفعلي، فائقة السرعة فقط، فما يحدث هو أن النبضة الضوئية الأولى تثير الإلكترونات المستهدفة لجعلها تتحرك، ويتم تزامنها بدقة مع النبضة الضوئية الثانية التي تجهز النبضة الإلكترونية لتضرب في اللحظة التي تبدأ فيها الجسيمات بالحركة.

من هناك، يتم التقاط التفاعلات الناتجة بين حزم الإلكترونات من المجهر والعينة بواسطة حساس الكاميرا وتجميعها لتشكيل صورة، وأضاف حسن: "بهذا المجهر، نأمل أن يتمكن المجتمع العلمي من فهم فيزياء الكم وراء كيفية تصرف الإلكترون وكيفية حركته."