قام العلماء في مختبر "SLAC" التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وجامعة ستانفورد وجامعة ستوكهولم في السويد بأول ملاحظة مباشرة لكيفية تفاعل ذرات الهيدروجين في جزيئات الماء مع الجزيئات المجاورة عند إثارة ضوء الليزر.

يحتوي كل جزيء ماء على ذرة أكسجين واحدة وذرتين هيدروجين، وشبكة من الروابط الهيدروجينية بين ذرات الهيدروجين موجبة الشحنة في جزيء واحد وذرات الأكسجين سالبة الشحنة في الجزيئات المجاورة لجمع الجزيئات معًا.

تحدد شبكة الروابط الهيدروجينية الخصائص الغامضة للماء، ولكن حتى وقت قريب، لم يكن بإمكان الباحثين ملاحظة التأثيرات التي تنشأ مباشرة عندما تتفاعل جزيئات الماء مع لبجزيئات الأخرى، على المستوى الذري.

توضح الدراسة الجديدة بشكل مباشر لأول مرة أن استجابة شبكة الروابط الهيدروجينية لنبضة من الطاقة تعتمد بشكل كبير على الطبيعة الميكانيكية الكمومية لكيفية توزيع ذرات الهيدروجين في الفضاء. تم حل المشكلة باستخدام "SLAC MeV-UED"، وهي "كاميرا إلكترونية" عالية السرعة تلتقط الحركات الجزيئية الدقيقة من خلال تشتت شعاع إلكتروني قوي في العينة، بحسب ما ذكر موقع "nature".

ابتكر العلماء نفاثات من الماء السائل بسمك 100 نانومتر وجعلوا الجزيئات تهتز باستخدام أشعة الليزر تحت الحمراء. ثم أرسلوا نبضات قصيرة من إلكترونات عالية الطاقة إلى الجزيئات. نتيجة لذلك، تم الحصول على صور عالية الدقة للتركيب الذري المتغير للجزيئات. اتضح أنه عندما يبدأ جزيء الماء بالاهتزاز، تسحب ذرة الهيدروجين ذرات الأكسجين من جزيئات الماء المجاورة قبل أن تدفعها بعيدًا بالقوة المكتسبة أثناء، مما يوسع المسافة بين الجزيئات.