مصراع الكاميرا ذوالفمتوثواني
كانت القدرة على تتبع التفاعلات الكيميائية في أدق تفاصيلها واحدًا من الأهداف العسيرة التي سعى إليها الفهماء، لما في ذلك من عون على الإجابة عن تساؤلات أساسية، من مثل فهم سبب حدوث بعض التفاعلات الكيميائية من دون حدوث بعضها الآخر، وسبب ارتباط سرعة التفاعل الكيميائي ومردوده بدرجة الحرارة التي يجري فيها.
مراحل البحث
في نهاية الثمانينات قام أحمد زويل وزملاؤه، بسبر مراحل التفاعل الجاري بين يوديد الهيدروجين وثنائي أكسيد الكربون وتسجيله، لتشكيل اليود والهيدروكسيد وأحادي أكسيد الكربون. وقد تمكن الباحثون، باستخدام نبضات ليزرية لامتناهية في قصرها ولا حصر لها، من تتبّع تتالي مراحل التفاعل (1_4) ومراقبة حركة الذرات والجزيئات المتنوعة.
وتردُّ الصعوبة في تتبّع التفاعلات الكيميائية إلى سرعة حدوثها؛ ففي طرفة عين لا تستغرق أكثر من ربع الثانية، تتفاعل جزيئات اليود والبنزن أكثر من 333 بليون مرة معضلة اليود الذري ومواد أخرى.
في نهاية الثمانينات ، بدأ أحمد زويل بتسليط نبضات ليزرية قصيرة على الجزيئات والذرات أثناء تفاعلها، آملاً في التوصل إلى توضيح ديناميكية هذا التفاعل في الزمن الحقيقي. فخلال التفاعل تحدث حالات انتنطقية تُظهر جزيئات أوذرات ليست من المواد المتفاعلة ولا من المواد التي تنتج من التفاعل؛ وهي تمتص، أوتعيد إصدار أي ضوء يُسلّط عليها ممّا يؤدي إلى تبدّل طيف الضوء الوارد عند تواترات مميّزة(1).
ليزرات جديدة
تدوم هذه الحالات الانتنطقية ما بينعشرة و100 فمتوثانية فقط، لذا كان على النبضات الليزرية اللازمة لسبرها حتى تكون قصيرة على نحومذهل. وفي منتصف الثمانينات، ظهرت الليزرات القادرة على إصدار مثل هذه النبضات، وسرعان ما لاحظ زويل والعاملون معه، الإمكانات التي تتيحها لهم هذه الليزرات، وكان بوسعهم عندما بدؤوا عام 1987 بدراسة تفاعل تفكك جزيء يوديد السيانوجين(2) (ICN)، مراقبة التفاصيل المعبّرة عن هذا التفكك، وذلك للمرة الأولى، ورأوا هذا الجزيء ينشطر إلى يود وسيانيد، حتى إنهم لاحظوا أجزاءه وأحدها يبتعد عن الآخر.
ولادة الجزيئات ، مجلة العلوم، العددتسعة (1992)
في تجربة نموذجية أطلق زويل التفاعل بنبضة تنشّط الأجسام المتفاعلة، وأتبعها بعد ذلك، بنحوبضعة فمتوثوانٍ، بأول نبضة سَبْر ضربت الجزيئات، وتبعها الآلاف منها وذلك جميع عشرة فمتوثوان طوال مدة التفاعل. وإن تبدلات طيف جميع نبضة سبرٍ تكشف وضعَ الروابط الكيميائية في الذرات والجزيئات وحالتها، كما كشفت حالاتِ إثارتها وحركتها [انظر: «ولادة الجزيئات»، مجلة العلوم، العدد 9(1992)، ص 60]. وحاليًا يستخدم الباحثون تقنية زويل للحصول على تبصرات مفصلة عن ظواهر من مثل الوساطة catalysis والاصطناع الضوئي والتحول الجزيئي الذي يقوده الضوء والذي يحدث في الشبكة عندما تكتشف العين فوتونات. أما زويل نفسه فيقول: «تتوجه جهودنا الأخيرة نحوفهم البنى الجزيئية للأنظمة الحيوية، في الزمن الحقيقي - كيفية تحوّلها من تشكيلة إلى أخرى.» وقد راقب مع زملائه، في أول محاولة لهم في هذا المجال، ديناميكية التفاعل الذي يُشتق فيه الإتيلين من الإيتان. أما هدفهم على المدى الطويل، فهودراسة ديناميكية جزيئات البروتين التي تعد قوالب بناء الحياة، إذ يعتقد زويل أنه يفترض أن يمكن في نهاية المطاف تعديل الجزيئات وتبديلها وذلك باستخدام نبضات موجهة بدقة ورشاقة.
وعلى طلبة الدراسات العليا حتى يجدّوا، فقد تكون هناك جائزة نوبل أخرى تنتظرهم في هذا المجال.
وصلات خارجية
- عالم الفيمتو: د. أحمد زويل
- محاضرة لأحمد زويل في دبي، مايو2010
- صفحة الدكتور زويل في مسقط معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
- صفحة الدكتور أحمد زويل، في مسقط مخطة الشباب - مخطة الإسكندرية الجديدة
- زويل: العالم سيشهد ثورة تكنولوجية تدعى كوانتم إنتانجلمنت ستحيل الإنترنت للتقاعد، مصراوي، نقلاً عن وكالة أنباء الشرق الأوسط، 17 فبراير 2009
- أحمد زويل.. تأخر العرب عن التطور الفهمي، برنامج لقاء اليوم، قناة الجزيرة،ثمانية أغسطس 2001
