حل لغز عمره 50 عامًا حول لحظة ثنائية مهمة

بعد الاعتماد على تخمين مستنير لعقود، أكد العلماء أخيرًا لحظة ثنائية كلوريد الألومنيوم (AlCl)، وهو جزيء مهم معروف بوجوده في داخل المجرات القديمة.

تعتبر لحظة ثنائية كهربائية مقياسًا للقطبية، وهي محدد حاسم للعديد من الخصائص الفيزيائية لأي نظام، مثل نقطة الغليان أو الذوبانية. نظرًا لأهميتها، فإن النتيجة الجديدة، التي نُشرت الشهر الماضي في Physical Review A، تقدم فرصًا مثيرة للتطبيقات في مجموعة واسعة من المجالات، من الحوسبة الكمومية إلى الفيزياء الفلكية.

في جوهرنا، نحن جميعًا مكونون من جزيئات. كل ما نقوم به - سواء كان التقاط فنجان من القهوة أو هضم القهوة بعد أخذ رشفة - يمكن تفسيره من حيث التفاعلات الجزيئية. وهذا أمر ذو أهمية واضحة للعلماء، ولعدد من الأسباب. أولاً، معرفة كيفية تفاعل الجزيئات المختلفة مع بعضها البعض أو مع بيئتها يمكن أن تكشف الكثير عن خصائصها، على غرار كيفية دراسة الفيزيائيين لجزيئات مختلفة باستخدام مسارعات الجسيمات الكبيرة.

لكن سببًا آخر هو أن التفاعل نفسه - في هذه الحالة، اللحظة الثنائية - يساعد العلماء على فهم أنظمة مختلفة تمامًا بطرق غير متوقعة. قال بورغ هيمرلينغ، فيزيائي في جامعة كاليفورنيا (UC)، ريفرسايد، ومؤلف مشارك في الورقة، في بيان: "في الكيمياء، تؤثر اللحظات الثنائية على كل شيء من سلوك الروابط إلى تفاعلات المذيبات. في البيولوجيا، تؤثر على ظواهر مثل الروابط الهيدروجينية في الماء. في الفيزياء والفلك، يمكن استغلال اللحظات الثنائية لجعل الجزيئات المجاورة تتفاعل، على سبيل المثال، بهدف خلق تشابك كمومي بينها."

تظهر لحظة ثنائية AlCl، على وجه الخصوص، وعدًا عبر مجموعة واسعة من التطبيقات، أضاف ستيفن كين، عالم الفلك في جامعة UC ريفرسايد ومؤلف مشارك في الدراسة، في نفس البيان. قال كين: "تحسن بيانات اللحظة الثنائية الدقيقة كيفية تفسيرنا للتوقيعات الجزيئية في ضوء النجوم. إن نسبة الألومنيوم إلى الكلور في النجوم، كما تكشفها قياسات AlCl، توفر أدلة حاسمة على تخليق النجوم وتاريخ المواد لهذه الأجسام السماوية."

للتجربة، قام هيمرلينغ وفريقه ببناء نظام فراغ ليزري مخصص كانوا قد طوروه لأكثر من سبع سنوات، مما مكنهم من إجراء طيفية عالية الدقة. قاموا بتوليد حزم من AlCl في فراغ داخل الإعداد، ويفككون الجزيء لفهم أفضل لأساسياته الكيميائية وسلوكه. في النهاية، توصلوا إلى قيمة 1.68 ديباي (وحدة لقياس اللحظات الثنائية) للحظة ثنائية AlCl.

قد يبدو غريبًا أن مثل هذا الرقم الأساسي استغرق ما يقرب من قرن لتحديده، ولكن اتضح أن التقدير كان قريبًا جدًا. في عام 1956، قدر الكيميائي ديفيد ر. ليد اللحظة الثنائية لـ AlCl بمقدار 1.5 ديباي - بفارق 0.18 ديباي فقط عن نتيجة هيمرلينغ. يوضح القرب صحة النماذج النظرية الحالية بينما يقدم أيضًا بعض الأدلة حول كيفية تحسين الدقة بشكل أكبر، كما قال هيمرلينغ في نفس البيان.

قال هيمرلينغ: "من تحسين فهمنا للنجوم البعيدة إلى تمكين أجهزة الكمبيوتر الكمومية من الجيل التالي، فإن القياس الدقيق للحظة الثنائية الكهربائية لـ AlCl هو خطوة أساسية نحو فتح اكتشافات مستقبلية."