Para ilmuwan telah mencapai terobosan signifikan dengan berhasil memvisualisasikan pergerakan satu elektron selama proses kimia menggunakan pulsa sinar-X ultra cepat. Publikasi pada 20 Agustus 2025 di Physical Review Letters ini menandai kemajuan besar dalam memahami mekanisme reaksi kimia fundamental.
Penelitian ini berfokus pada pengamatan elektron valensi, yang sebelumnya sulit dipantau karena interaksi sinar-X cenderung lebih kuat dengan elektron inti. Dengan mengatasi keterbatasan ini, para peneliti kini dapat mengamati secara langsung partikel terluar yang krusial dalam transformasi kimia. Ian Gabalski, penulis utama studi ini, menekankan bahwa pemahaman mendalam tentang perilaku elektron valensi dapat mengoptimalkan pengembangan farmasi, menciptakan teknologi kimia yang lebih stabil, dan menghasilkan material canggih.
Eksperimen dilakukan di laboratorium SLAC menggunakan sumber cahaya koheren, Linac Coherent Light Source (LCLS), yang menghasilkan kilatan sinar-X kuat berdurasi pendek. Molekul amonia dipilih karena strukturnya yang terdiri dari atom-atom ringan, meminimalkan pengaruh elektron inti dan meningkatkan kemungkinan keberhasilan pengamatan sinyal target. Proses dimulai dengan radiasi ultraviolet untuk mentransfer elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi, memicu disosiasi molekul, diikuti oleh sinar-X yang memantau pergerakan awan elektron, mencerminkan dinamika reaksi.
Dalam kerangka mekanika kuantum, elektron digambarkan sebagai awan probabilitas. Para peneliti menggunakan pemodelan komputer untuk menggambarkan awan ini, atau orbital. Sinar-X yang melewati awan ini tersebar dan berinterferensi, memungkinkan rekonstruksi gambar dan pelacakan pergerakan elektron. Perbandingan data dengan model teoretis mengkonfirmasi peran kunci elektron valensi dalam perubahan yang diamati. Kemajuan ini memungkinkan penangkapan gambar atom dan molekul dalam aksi dengan resolusi waktu femtosekon.
Ke depannya, tim berencana mengadaptasi teknologi ini untuk kondisi yang lebih kompleks, termasuk lingkungan tiga dimensi, yang berpotensi membuka aplikasi praktis dalam pengobatan regeneratif, seperti pemulihan jaringan atau penciptaan struktur buatan. Kemampuan untuk memvisualisasikan dinamika elektron valensi secara langsung membuka jalan bagi pemahaman yang lebih dalam tentang reaksi kimia, yang dapat mendorong inovasi dalam pengembangan obat, proses kimia berkelanjutan, dan material baru.