برای بیش از دو قرن، دانشمندان می‌دانستند که آب بار مثبت را از طریق پروتون‌ها منتقل می‌کند، اما هرگز موفق به مشاهده مستقیم این فرآیند نشده بودند—تا اینکه اکنون این امر محقق شد.
در مقاله‌ای که در تاریخ ۱۱ سپتامبر در نشریه Science منتشر شد، پژوهشگران دانشگاه ییل اعلام کردند که روشی برای ردیابی، اندازه‌گیری و به‌نوعی «دیدن» مسیر حرکت پروتون در آب طراحی کرده‌اند. برای انجام این آزمایش، تیم تحقیقاتی از یک طیف‌سنج جرمی به طول ۳۰ فوت استفاده کردند—ابزاری که عناصر مختلف را بر اساس جرم‌شان جدا می‌کند—و سال‌ها صرف سفارشی‌سازی و بهینه‌سازی آن کرده‌اند. این دستگاه به آن‌ها امکان داد تا سرعت حرکت پروتون‌ها در میان شش مولکول آب باردار را اندازه‌گیری کنند.
مارک جانسون، نویسنده ارشد این مطالعه و شیمی‌دان دانشگاه ییل، در بیانیه‌ای گفت: «ما نشان می‌دهیم در یک سیستم مولکولی بسیار کوچک چه اتفاقی می‌افتد، جایی که پروتون‌ها هیچ جایی برای پنهان شدن ندارند».
این کشف نه‌تنها یکی از اسرار دیرینه علم پایه را روشن کرده، بلکه می‌تواند مسیر جدیدی برای مدل‌سازی‌های شیمیایی دقیق‌تر در آینده باز کند.
برای مشاهده مستقیم این فرآیند، جانسون و تیمش از مولکول آلی ۴-آمینوبنزوئیک اسید استفاده کردند؛ مولکولی که قادر است یک پروتون اضافی را در دو نقطه متفاوت جذب کند. به گفته پیتن هارویل، نویسنده همکار این مطالعه و پژوهشگر فوق‌دکترا در دانشگاه ییل، این دو نقطه را می‌توان از طریق رنگ نوری که جذب می‌کنند، از یکدیگر تشخیص داد.
در این آزمایش، پژوهشگران مولکول‌های ۴-آمینوبنزوئیک اسید را به شش مولکول آب متصل کردند. هارویل توضیح داد که در این ساختار، پروتون‌ها تنها زمانی می‌توانند از یک نقطه اتصال به نقطه دیگر منتقل شوند که «سوار بر تاکسی شبکه آبی» شوند.
هنگامی که پروتون‌ها «سوار» این تاکسی می‌شوند، طیف‌سنج جرمی ویژه تیم تحقیقاتی با استفاده از لیزرهایی با زمان‌بندی دقیق، هر واکنش را به‌صورت تخریبی و با نرخ ده بار در ثانیه تحلیل می‌کند.
البته هنوز مراحل میانی مسیر حرکت پروتون در آب به‌طور مستقیم ثبت نشده‌اند، اما این آزمایش دقیق‌ترین پارامترها را تاکنون برای این فرآیند ارائه کرده است. جانسون در این‌باره گفت: «ما توانسته‌ایم پارامترهایی ارائه دهیم که به نظریه‌پردازان هدفی مشخص برای شبیه‌سازی‌های شیمیایی‌شان بدهد—شبیه‌سازی‌هایی که فراگیر هستند اما تاکنون با داده‌های تجربی محک نخورده‌اند».