Para obtener una buena imagen de una molécula, debe hacer que explote. Al hacerlo, un equipo internacional de investigadores ha tomado la instantánea más clara hasta ahora de una de las entidades más pequeñas de la naturaleza.
La nueva imagen revela una física sorprendente a pequeña escala.
"No se puede sentir dentro de una molécula", explicó Thorsten Weber del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley LBNL. En cambio, "hay que dejar que explote y luego rastrear de dónde vienen las cosas".
Weber y sus colegas utilizaron la fuente de luz avanzada en LBNL como un flash de cámara. Este rayo láser pulsado de alta potencia elimina los electrones cargados negativamente de las moléculas. Sin los electrones, los núcleos cargados positivamente de la molécula tienden a separarse.
Weber comparó el rayo láser con un cuchillo afilado que corta las uniones de una molécula, de modo que pueda desenredarse limpiamente sin perder demasiada información original. Hay otras formas de sondear moléculas que son más como golpearlas con un martillo.
microscopio de movimiento
Los investigadores cortaron las moléculas de deuterio. El deuterio es una forma pesada de hidrógeno, con un núcleo de un neutrón y un protón. Dos de estos núcleos, separados por una distancia corta y rodeados por dos electrones, forman una molécula.
Los electrones y los núcleos pueden separarse unos de otros por la acción del láser. Dentro del espectrómetro de impulso del experimento, una configuración de campos eléctricos y magnéticos guía las partículas liberadas hacia detectores que actúan como la película de la cámara.
"El desafío es que tienes que medir cuatro partículas al mismo tiempo", dijo Weber LiveScience . El espectrómetro de su equipo es una mejora con respecto a configuraciones anteriores, ya que captura partículas sin importar en qué dirección vuelen.
Al reconstruir las trayectorias de la metralla molecular, los científicos pudieron determinar cómo se veía la molécula, específicamente cómo se movían las cosas dentro de ella, antes del impacto del láser.
"Sabemos que nada en el mundo se detiene", dijo Weber. "Nuestro espectrómetro es un microscopio de movimiento".
sorpresa en el interior
Ver la dinámica interna de la molécula con tanto detalle reveló una sorpresa. Como se describe en un número reciente de Naturaleza , el equipo de Weber descubrió que el movimiento de los dos electrones dependía de la distancia entre los núcleos de una manera no predicha por la teoría.
Weber explicó que los teóricos que estudian moléculas tienen que hacer aproximaciones cuando tratan con más de dos partículas; de lo contrario, hay demasiado que calcular. El hecho de que apareciera un resultado inesperado en la molécula de deuterio relativamente simple puede significar que algunas de estaslos supuestos teóricos pueden ser objeto de un mayor escrutinio.
Las propiedades químicas de una molécula, como el ángulo entre dos enlaces o las frecuencias a las que se absorbe la luz, a menudo no se pueden predecir directamente a partir de las leyes fundamentales. Pero Weber cree que las instantáneas de su equipo del movimiento interno de las moléculas pueden descubrir lafísica subyacente.
"Estamos trabajando en el umbral de la física y la química", dijo.
Weber y sus colegas esperan explorar moléculas biológicamente más significativas como el agua y el dióxido de carbono con su técnica. Con imágenes más precisas, Weber prevé un momento en el que los científicos diseñen moléculas útiles para la medicina y la industria desde cero.