במעבדות המעבדה הלאומית הצפון-מערבית של האוקיינוס השקט ובמרכז המאיץ SLAC, מדענים השיגו לראשונה תמונות מולקולריות של האופן שבו מים מסתדרים מחדש סביב מולקולה במהלך תגובה כימית מרכזית. אור מפעיל העברה בו-זמנית של אלקטרון ופרוטון, והמים הסובבים משנים את מבנהם באופן מיידי כדי לתמוך בתהליך זה.
התגובה, המכונה העברת אלקטרון הקשורה לפרוטון, עומדת בבסיס הפוטוסינתזה, פעולתם של תאי דלק ותהליכים קטליטיים רבים. המולקולה קולטת פוטון, האלקטרון מתחלק מחדש, והפרוטון נקשר לאתר מסוים. עד כה, איש לא יכול היה לצפות בכל השינויים הללו בו-זמנית בדיוק אטומי.
החוקרים השתמשו בשילוב של שיטות רנטגן: ספקטרוסקופיית בליעה למעקב אחר תנועת האלקטרונים ופיזור קרני רנטגן לתיעוד הארגון מחדש של אטומי המים. הניסויים בוצעו במקור האור הקוהרנטי Linac ב-SLAC, שם פולסים קצרים במיוחד אפשרו "להקפיא" אירועים בסולם פיקושניות.
כמודל נבחר קומפלקס רותניום שאינו מסבך את האותות בארגונים מחדש מיותרים. חישובים תאורטיים וסימולציות של דינמיקה מולקולרית סייעו לפענח את הנתונים שהתקבלו ולקשר בין שינויים מקומיים במבנה האלקטרוני לבין הארגון מחדש הגלובלי של רשת המים.
התוצאות פותחות את הדרך ליצירת זרזים יעילים יותר, סוללות זרימה והתקנים להמרת אנרגיה. הבנה כיצד סביבת הממס משפיעה על העברת מטענים תאפשר למהנדסים לשלוט טוב יותר בתהליכים אלה במערכות אמיתיות.
המדענים מציינים כי תצפית ישירה על הפרוטון עדיין אינה זמינה, אך התאמת הניסוי לחישובים מספקת תמונה אמינה. השיטה החדשה כבר מוכנה ליישום על תגובות ביולוגיות וטכנולוגיות מורכבות יותר.
תצפית זו מראה עד כמה המולקולה וסביבתה המימית פועלות יחד כיחידה אחת, ופותחת אופקים חדשים לחקר טרנספורמציות כימיות בסיסיות.
