वैज्ञानिकों ने रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों की गति को देखने में एक अभूतपूर्व सफलता हासिल की है। यह महत्वपूर्ण उपलब्धि 20 अगस्त, 2025 को प्रतिष्ठित प्रकाशन फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित हुई थी। इस शोध में, वैज्ञानिकों ने अमोनिया अणु के विघटन के क्षण में एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन की गति का अवलोकन किया, जिससे रासायनिक प्रतिक्रियाओं के मूलभूत तंत्रों को समझने के नए रास्ते खुल गए हैं।
पहले, एक्स-रे स्कैटरिंग का उपयोग मुख्य रूप से परमाणुओं और उनके बीच की अंतःक्रियाओं को स्थिर करने के लिए किया जाता था, क्योंकि यह सूक्ष्म स्तर पर तीव्र परिवर्तनों को पकड़ने में सक्षम था। हालांकि, यह दृष्टिकोण मुख्य रूप से आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के साथ इंटरैक्ट करता था, जिससे वैलेंस इलेक्ट्रॉन - जो रासायनिक परिवर्तनों में प्रमुख भागीदार होते हैं - दृष्टि से बाहर रह जाते थे। अब शोधकर्ताओं ने इस बाधा को पार कर लिया है, जिससे इन बाहरी कणों का सीधा अवलोकन संभव हो गया है।
इस अध्ययन के प्रमुख लेखक, भौतिकी के क्षेत्र में एक प्रतिष्ठित विद्वान, इयान गैबाल्स्की ने बताया कि वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार का गहन अध्ययन फार्मास्युटिकल एजेंटों के विकास को अनुकूलित करने, अधिक स्थिर रासायनिक प्रौद्योगिकियों को पेश करने और उन्नत सामग्री बनाने में सहायक होगा। अमोनिया अणु को इसलिए चुना गया क्योंकि इसके हल्के परमाणुओं से बने ढांचे के कारण, आंतरिक इलेक्ट्रॉनों का परिणामों पर प्रभाव कम हो जाता है, जिससे लक्षित संकेत को सफलतापूर्वक देखने की संभावना बढ़ जाती है।
यह प्रयोग SLAC प्रयोगशाला में लिनैक नामक एक सुसंगत प्रकाश स्रोत का उपयोग करके किया गया था, जो शक्तिशाली और लघु एक्स-रे फ्लैश उत्पन्न करता है। प्रारंभ में, अणु को पराबैंगनी विकिरण के अधीन किया गया, जिसने एक इलेक्ट्रॉन को उच्च ऊर्जा अवस्था में स्थानांतरित किया और विघटन प्रक्रिया शुरू की। इसके बाद, एक्स-रे किरणों ने इलेक्ट्रॉन बादल में होने वाली गतिविधियों को ठीक किया, जिससे प्रतिक्रिया की गतिशीलता का पता चला। क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर, इलेक्ट्रॉनों को ठोस कणों के बजाय संभाव्यता बादलों के रूप में व्याख्यायित किया जाता है, जिनकी घनत्व भिन्न होती है और जो उनकी स्थिति निर्धारित करती है। शोधकर्ताओं ने इन बादलों, या ऑर्बिटल्स का वर्णन करने के लिए कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग किया।
एक्स-रे तरंगें, ऐसे बादल से गुजरते हुए, बिखर गईं और हस्तक्षेप किया, जिससे छवि का पुनर्निर्माण और इलेक्ट्रॉन की गति को ट्रैक करना संभव हो गया। प्राप्त डेटा की सैद्धांतिक मॉडल के साथ तुलना ने पुष्टि की कि देखी गई परिवर्तनों में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की महत्वपूर्ण भूमिका है। भविष्य में, टीम इस तकनीक को तीन-आयामी वातावरण जैसी अधिक जटिल परिस्थितियों के लिए अनुकूलित करने का लक्ष्य रखती है, जिससे पुनर्योजी चिकित्सा में व्यावहारिक अनुप्रयोग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यह ऊतकों को बहाल करने या व्यक्तिगत आदेशों के अनुसार कृत्रिम संरचनाएं बनाने में मदद कर सकता है, जिससे स्वास्थ्य सेवा के लिए संभावनाएं बढ़ेंगी। यह शोध न केवल रासायनिक प्रतिक्रियाओं की हमारी समझ को गहरा करता है, बल्कि चिकित्सा और सामग्री विज्ञान जैसे क्षेत्रों में भी नए रास्ते खोलता है।