دانشمندان در آزمایشگاه "سیاهچاله مولکولی" پدید آوردند

* نیرومندترین یونش یک مولکول که تاکنون انجام شده، بینش‌های ارزشمندی برای بررسی زیست‌مولکول‌ها و لیزرهای پرتو X فراهم کرده است.

پرتوی بسیار نیرومند ایکس به اندازه‌ای الکترون از اتم‌های ید
(سمت راست) بیرون می‌راند که اتم مانند نمونه‌ الکترومغناطیسی
یک سیاهچاله، الکترون های گروه متیل (سمت چپ) را می‌مکد
و سپس آنها را از هم می‌پاشد.
دانشمندان با بهره از یک تپ (پالس) فرا-درخشان پرتو ایکس، یک اتم در یک مولکول را به مدت کوتاهی به گونه‌ای سیاهچاله‌ی الکترومغناطیسی تبدیل کردند. برخلاف سیاهچاله‌های فضا که مواد را با گرانش خود از محیط پیرامونشان می‌کشند، این اتمِ پرتو ایکس-گرفته الکترون‌ها را با بار الکتریکی خود میکشید- که باعث شد مولکول در کوچک‌ترین کسر زمان منفجر شود.

بر پایه‌ی گزارشی که در نشریه‌ی نیچر منتشر شده، این پژوهش آگاهی‌های ارزشمندی برای بررسی زیست‌مولکول‌ها با لیزرهای پرتو ایکس فراهم می‌کند.

پژوهشگران به کمک لیزر الکترون-آزاد ال‌س‌ال‌سی در آزمایشگاه شتاب‌دهنده‌ی ملی اسلاک (SLAC) در آمریکا، پرتوهای نیرومند ایکس را بر مولکول‌های یُدومتان (متیل یُدید- CH3I) تاباندند. شدت این تپ‌ها به ۱۰۰ کوادریلیون کیلووات بر سانتیمتر مربع می‌رسید. این پرتوهای پرانرژی ایکس ۵۴ الکترون از ۶۲ الکترون مولکول را بیرون راندند و مولکولی با بار ۵۴ برابر بار بنیادی پدید آوردند.

روبین سانترا، از اعضای گروه پژوهشگران و یک از نویسندگان پژوهش، که یک دانشمند برجسته‌ی شتابدهنده‌ی دسی (DESY) در مرکز علوم لیزر الکترون-آزاد (CFEL) است می‌گوید: «تا جایی که آگاهی داریم، این بالاترین سطح یونشی است که تاکنون با بهره از نور انجام شده.»

ولی همه‌ی این یونش (یونیزاسیون) یکباره و یکجا انجام نشد. سانترا که استاد فیزیک دانشگاه هامبورگ نیز هست می‌گوید: «گروه متیل CH3 از سویی نسبت به پرتو ایکس کور است. تپ پرتو ایکس در آغاز پنج یا شش تا از الکترون‌های اتم ید را از آن جدا می‌کند. بار مثبت نیرومندی که پدید می‌آید باعث می‌شود اتم ید، الکترون‌های گروه متیل را بمکد، مانند گونه‌ای سیاهچاله‌ی اتمی.» در حقیقت، نیرویی که بر الکترون‌ها وارد می‌شود بسیار بزرگ‌تر از نیروییست که یک سیاهچاله‌ی اخترفیزیکی با ۱۰ برابر جرم خورشید بر پیرامونش وارد می‌کند. سانترا می‌گوید: «میدان گرانشی یک سیاهچاله‌ی واقعی توانایی وارد کردن نیروی به این بزرگی را بر یک الکترون ندارد، هر چقدر هم که الکترون را به آن نزدیک کنیم.»

این فرآیند به اندازه‌‌ای سریع رخ می‌دهد که الکترون‌هایی که به سوی اتم ید مکیده شده‌اند، توسط همان تپ پرتو ایکس پس رانده شوند. نتیجه‌اش یک واکنش‌ زنجیره‌ایست که در آن، تا ۵۴ الکترون از ۶۲ الکترون یدومتان را از آن جدا می‌کند- همه در مدت کمتر از یک تریلیونیم ثانیه. دنیل رولس از دسی و دانشگاه ایالتی کانزاس می‌گوید: «این به انباشت بار مثبت بسیار در فضایی به اندازه‌ی یک میلیاردم متر می‌انجامد. چنین باری مولکول را از هم می‌پاشاند.»

مشاهده‌ی این فرآیند پویای فرا-سریع برای بررسی مولکول‌های پیچیده در به اصطلاح لیزرهای الکترون‌-آزاد پرتو ایکس (XFEL) مانند ال‌سی‌ال‌سی در کالیفرنیا و XFEL اروپا که دارد در حومه‌های هامبورگ آماده‌ی کار می‌شود بسیار چشمگیر و مهم است. این تاسیسات پرتوهای ایکس بی‌اندازه نیرومندی تولید می‌کنند که می‌تواند -به همراه چیزهای دیگر- برای تعیین ساختار فضایی مولکول‌های پیچیده تا سطح تک اتم‌ها به کار رود. این آگاهی‌های ساختاری هم می‌تواند برای نمونه، توسط زیست‌شناسان برای تعیین سازوکار دقیق کارکرد زیست‌مولکول‌ها به کار رود. دانشمندان دیگری پیش از این نشان داده بودند که مولکول‌ها پیش از انفجار، ساختار اتمی خود را آشکار می‌کنند. ولی برای بررسی پویایی (دینامیک) زیست‌مولکول‌ها، برای نمونه در زمان فتوسنتز، این مهم است که چگونگی تاثیر پرتوهای ایکس روی الکترون‌ها را بشناسیم.

در این پژوهش، یدومتان به عنوان یک سامانه‌ی مدل به کار رفت. آرتم رودنکو از دانشگاه ایالتی کانزاس می‌گوید: « یدومتان یک مولکول به نسبت ساده برای شناخت فرآیندهاییست که در زمان آسیب دیدن ترکیبات آلی در اثر پرتوها رخ می‌دهند. اگر بیش از از یک تک گروه متیل در همسایگی وجود داشته باشد، [در اثر تابش پرتو] الکترون‌هایی از این هم بیشتر می‌تواند مکیده شود.»

گروه سانترا در مرکز CFEL همچنین توانسته برای نخستین بار این دینامیک فرا-سریع را در مفاهیم نظری توصیف کند. این با یک برنامه‌ی رایانه‌ای تازه امکان‌پذیر شد که نخستین مورد از نوع خود در جهان بود. سانگ-کیل سون از گروه سانترا، که مسئول گروه سازنده‌ی برنامه‌ی رایانه‌ای نیز بود می‌گوید: «این نه تنها نخستین بارست که این آزمایش با پیروزی انجام می‌شود، بلکه ما حتی [توانسته‌ایم] یک توصیف عددی برای این فرآیند داشته باشیم. این داده‌ها بسیار مناسب پژوهش‌هایی هستند که با بهره از لیزرهای الکترون-آزاد انجام می‌شود، زیرا آنچه به هنگام آسیب دیدن در اثر پرتو رخ می‌دهد را به طور دقیق نشان می‌دهد.»

---------------------------------------------
کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

واژه نامه:
ionisation - molecule - biomolecule - X-ray - laser - atom - electromagnetic black hole - black hole - electron - electrical charge - Nature - free-electron laser - LCLS - SLAC - National Accelerator Laboratory - US - iodomethane - CH3I - elementary charge - Robin Santra - DESY - Center for Free-Electron Laser Science - CFEL - methyl - CH3 - University of Hamburg - atomic black hole - solar mass - gravitational field - Daniel Rolles - Kansas State University - XFEL - California - f Hamburg - photosynthesis - Artem Rudenko - Sang-Kil Son -

منبع: sciencedaily

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه