ترجمة : حسن مازن
الصورة لاربع حالات للهيدروجين الذري , تظهر في العمود الاوسط القياسات التجريبية , وعلى اليمين تظهر حسابات معادلة شرودنجر المعتمدة على الزمن ومدى التطابق الجيد بينها وبين التجربة
استخدم فريق من الباحثين تراسهم انيتا ستودلنا (Aneta Stodolna) الباحثة في معهد الفيزياء الذرية والجزيئية في هولندا (AMOLF) مجهر كمومي لالقاء نظرة مباشرة على البناء الذري لذرة الهايدروجين , المجهر الكمومي عبارة عن اداة تمتلك تقنية تسمح للعلماء برؤية مايحدث بعالم الكم بالمعنى الحرفي لكمة “رؤية” .
تجدر الاشارة الى ان الهيكل المداري هو فسحة الفضاء الخالية في الذرة التي تدور بها الالكترونات . جرت عادة العلماء عند وصف الخصائص على المستوى بالغ الصغر ان يستخدموا “دوال الموجة wave functions” وهي وسيلة رياضية لوصف الحالات الكمومية الغريبة والغير معتادة من قبلنا وكيف تتصرف الجسيمات الكمومية في الزمان والمكان . يستخدم الفيزيائيين الكموميين عادة معادلات كمعادلة شرودنجر للحصول على هذه الدوال . وهي دوال بمعاملات تخيلية – جذور تربيعية لاعداد حقيقية سالبة – تعكس حالة عدم الدقة بخصائص تلك الجسيمات على المستوى الميكروسكوبي .
} نظرة تاريخية : حاز ارفين شرودنجر عام 1933 على جائزة نوبل بالفيزياء لاسهاماته في اشتقاق معادلته التي تعرف باسمه “معادلة شرودنجر” وهي صيغة رياضية كمومية تصف بصورة موجية حالات الاجسام الكمومية وتعطي دالة موجة لكل جسيم كمومي . مما دفع بعض العلماء البارزين المولعين بالفيزياء الكلاسيكية ومنهم البرت اينشتاين للاعتقاد ان معادلة شرودنجر تعتبر تفسير كلاسيكي لمفارقات الكم . لكن جهود ماكس بورن بددت حلم الكلاسيكيين حيث حاز على جائزة نوبل هو الاخر (عام 1954) عن اسهاماته بميكانيكا الكم ومنها تقديم التفسير الاحتمالي لدالة شرودنجر التي كانت تحتوي جزء تخيلي – جذر عدد سالب- . ماكس بورن استخدم مفهوم “سعة الاعداد التخليلة” ليصف دالة توزيع احتمالي للاحداث الممكنة لكل جسيم كمومي {
لفترة مضت كان العلماء غير قادرين على اجراء مشاهدة فعلية لدالة الموجة . ان محاولة القاء نظر على الموقع الدقيق لإلكترون وحيد في ذرة او معرفة زخمه الحركي كانت اشبه محاولة القاء القبض على سرب من الذباب بيد خالية ! ؛ و حيث ان الملاحظة المباشرة تعتبر طريقة سيئة تؤدي لاختلال الترابط الكمومي لذا فان ما يلزمنا لالتقاط حالة كمومية كاملة هو اداة يمكن ان تعطي المتوسط الاحصائي للعديد من القياسات على مر الزمن .
} السبب بذلك هو مبدأ اللادقة لفيرنر هايزنبرغ الحائز على نوبل في الفيزياء عام 1932 . المبدأ يقول انه من غير الممكن معرفة الحالة الموضعية لجملة كمومية وزخمها الحركي بدقة كبيرة في الوقت ذاته بل ان زيادة الدقة بمعرفة الموضع يؤدي لزيادة بعدم الدقة بمعرفة الزخم والعكس بالعكس . لمبدأ هايزنبرغ صور متعددة تربط بين كميات فيزيائية اخرى غير الموضع والزخم , مثل الطاقة والزمن . نتيجة لذلك المبدأ فان اي ملاحظة لجملة كمومية ينتج عنها تحطيم كل الاحتمالات الممكنة والخروج باحتمال واحد فقط من بين عدة احتمالات {
انيتا ستدولنا بينت كيف قامت هي وفريقها بتعيين المدارات الالكترونية لذرة هيدروجين موضوعة في حقل كهربائي ثابت (DC) .
بعد انطلاق الذرات من نبضات الليزر , تهرب الالكترونات المؤينة حيث يتم تعيين مسرها بكاشف ثنائي الابعاد (لوحة كشف مزدوجة توضع بوضع عمودي على الحقل نفسه) . هناك العديد من المسارات التي يمكن ان تسلكها الالكترونات الى نفس النقطة على الكاشف مما يوفر للباحثين مجموعة من انماط التداخل , والتي تعكس بدورها تركيب عقد دالة الموجة .
وقد تمكن الباحثون من فعل ذلك باستخدام العدسة الكهرو ستاتيكية التي تضخم موجة الالكترون الخارج اكثر من 20000 مرة . ويعتزم الباحثون استخدام نفس التقنية لمعرفة كيف تتفاعل الذرات داخل مجال مغناطيسي
رابط الخبر : http://io9.com/the-first-image-ever-of-a-hydrogen-atoms-orbital-struc-509684901
رابط الدراسة كاملة : http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i21/e213001
