Los científicos han utilizado pulsos de luz láser ajustados con precisión para filmar la rotación ultrarrápida de una molécula. La "película molecular" resultante rastrea una revolución y media de sulfuro de carbonilo OCS, una molécula en forma de varilla que consta de un oxígeno,un átomo de carbono y un átomo de azufre, que tienen lugar en 125 billonésimas de segundo, con una alta resolución temporal y espacial. El equipo encabezado por Jochen Küpper de DESY del Centro de Ciencia Láser de Electrones Libres CFEL y Arnaud Rouzée deel Instituto Max Born de Berlín presenta sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza . CFEL es una cooperación de DESY, la Sociedad Max Planck y la Universität Hamburg.
"La física molecular ha soñado durante mucho tiempo con capturar el movimiento ultrarrápido de los átomos durante los procesos dinámicos en una película", explica Küpper, que también es profesor en la Universidad de Hamburgo. Sin embargo, esto no es nada simple. Porque en el ámbito demoléculas, normalmente se necesita radiación de alta energía con una longitud de onda del orden del tamaño de un átomo para poder ver los detalles. Así que el equipo de Küpper adoptó un enfoque diferente: utilizaron dos pulsos de luz láser infrarroja que fueronsintonizados con precisión entre sí y separados por 38 billonésimas de segundo picosegundos, para hacer que las moléculas de sulfuro de carbonilo giraran rápidamente al unísono es decir, coherentemente. Luego, utilizaron un pulso láser adicional, que tenía una longitud de onda más larga, para determinar la posición delas moléculas a intervalos de alrededor de 0,2 billonésimas de segundo cada uno. "Dado que este pulso láser de diagnóstico destruye las moléculas, el experimento tuvo que reiniciarse de nuevo para cada instantánea", informa Evangelos Karamatskos, el autor principal def el estudio de CFEL.
En total, los científicos tomaron 651 fotografías que cubren un período y medio de rotación de la molécula. Ensambladas secuencialmente, las imágenes produjeron una película de 125 picosegundos de la rotación de la molécula. La molécula de sulfuro de carbonilo tarda aproximadamente 82 billonésimas de segundo,es decir, 0,000 000 000 082 segundos, para completar una revolución completa. "Sin embargo, sería un error pensar que su movimiento es como el de un palo giratorio", dice Küpper. "Los procesos que estamos observando aquí están gobernados por la mecánica cuántica.. En esta escala, los objetos muy pequeños como átomos y moléculas se comportan de manera diferente a los objetos cotidianos en nuestro entorno. La posición y el momento de una molécula no se pueden determinar simultáneamente con la mayor precisión; solo se puede definir una cierta probabilidad de encontrar la molécula enun lugar específico en un momento determinado ".
Las características peculiares de la mecánica cuántica se pueden ver en varias de las muchas imágenes de la película, en las que la molécula no solo apunta en una dirección, sino en varias direcciones diferentes al mismo tiempo, cada una con una probabilidad diferente."Son precisamente esas direcciones y probabilidades las que obtuvimos imágenes experimentalmente en este estudio", agrega Rouzée. "Del hecho de que estas imágenes individuales comienzan a repetirse después de aproximadamente 82 picosegundos, podemos deducir el período de rotación de una molécula de sulfuro de carbonilo".
Los científicos creen que su método también se puede utilizar para otras moléculas y procesos, por ejemplo, para estudiar la torsión interna, es decir, la torsión, de moléculas o compuestos quirales, que son compuestos que existen en dos formas, que son imágenes especulares deentre sí, como las manos derecha e izquierda de un ser humano. "Grabamos una película molecular de alta resolución de la rotación ultrarrápida del sulfuro de carbonilo como proyecto piloto", dice Karamatskos, resumiendo el experimento. "El nivel de detallelo que pudimos lograr indica que nuestro método podría usarse para producir películas instructivas sobre la dinámica de otros procesos y moléculas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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