En una parábola famosa, tres hombres ciegos se encuentran con un elefante por primera vez. Cada uno toca una parte, el tronco, la oreja o el costado, y concluye que la criatura es una serpiente, abanico o pared gruesa. Este elefante,dijo Kang-Kuen Ni, es como el mundo cuántico. Los científicos solo pueden explorar una célula de esta vasta criatura desconocida a la vez. Ahora, Ni ha revelado algunas más para explorar.
Todo comenzó en diciembre pasado, cuando ella y su equipo completaron un nuevo aparato que podría lograr las reacciones químicas a la temperatura más baja de cualquier tecnología actualmente disponible y luego se rompió y formó los enlaces más fríos en la historia del acoplamiento molecular. Pero sus reacciones ultrafría tambiéninesperadamente ralentizó la reacción a una velocidad lenta, dándoles a los investigadores un vistazo en tiempo real de lo que sucede durante una transformación química. Ahora, aunque las reacciones se consideran demasiado rápidas para medir, Ni no solo determinó la vida útil de esa reacción, sino que resolvió un problema.misterio ultrafrío en el proceso.
Con química ultrafría, Ni, la profesora asociada de química y biología y física de Morris Kahn, y su equipo enfriaron dos moléculas de potasio-rubidio hasta justo por encima del cero absoluto y encontraron el "intermedio", el espacio donde los reactivos se transforman en productos, vivió durante unos 360 nanosegundos todavía mil millonésimas de segundo, pero lo suficiente "No es el reactivo. No es el producto. Es algo intermedio", dijo Ni. Al ver esa transformación, como tocar el costado de un elefante, puede decirle algo nuevo sobre cómo funcionan las moléculas, la base de todo.
Pero no solo miraron.
"Esta cosa vive tanto tiempo que ahora podemos jugar con ella ... con luz", dijo Yu Liu, un estudiante graduado en la Escuela de Graduados de Artes y Ciencias y primer autor en su estudio publicado en Física de la naturaleza . "Los complejos típicos, como los que se producen en una reacción a temperatura ambiente, no podrían hacer mucho porque se disocian en productos muy rápidamente"
Al igual que los rayos del tractor Star Trek, los láseres pueden atrapar y manipular moléculas. En física ultrafría, este es el método de referencia para capturar y controlar átomos, observarlos en su estado fundamental cuántico u obligarlos a reaccionar. Pero cuando los científicos se mudaron deAl manipular los átomos para que se enreden con las moléculas, sucedió algo extraño: las moléculas comenzaron a desaparecer de la vista.
"Prepararon estas moléculas, con la esperanza de realizar muchas de las aplicaciones que prometen, construyendo computadoras cuánticas, por ejemplo, pero en cambio lo que ven es pérdida", dijo Liu.
Los átomos alcalinos, como el potasio y el rubidio Ni y el estudio de su equipo, son fáciles de enfriar en el reino ultrafrío. En 1997, los científicos ganaron un Premio Nobel de Física por enfriar y atrapar átomos alcalinos en la luz láser. Pero las moléculas son más inestablesque los átomos: no son solo una cosa esférica sentada allí, dijo Liu, pueden rotar y vibrar. Cuando quedan atrapadas juntas en la luz láser, las moléculas de gas chocan entre sí como se esperaba, pero algunas simplemente desaparecieron.
Los científicos especularon que la pérdida molecular fue el resultado de reacciones: dos moléculas chocaron y, en lugar de partir en diferentes direcciones, se transformaron en nuevas especies. ¿Pero cómo?
"Lo que encontramos en este documento responde a esa pregunta", dijo Liu. "Lo mismo que usas para confinar la molécula es matarla". En otras palabras, es culpa de la luz.
Cuando Liu y Ni usaron láseres para manipular ese complejo intermedio, la mitad de su reacción química, descubrieron que la luz obligaba a las moléculas a salir de su camino de reacción típico y a una nueva. Un par de moléculas, unidas como unaEl complejo intermedio puede "excitarse con la foto" en lugar de seguir su camino tradicional, dijo Liu. Las moléculas de álcali son particularmente susceptibles debido a cuánto tiempo viven en su complejo intermedio.
"Básicamente, si quieres eliminar la pérdida", dijo Liu, "tienes que apagar la luz. Debes encontrar otra forma de atrapar estas cosas". Los imanes, por ejemplo, o los campos eléctricos puedenatrapar moléculas también. "Pero todas estas son técnicamente exigentes", dijo Liu. La luz es simplemente más simple.
Luego, Ni quiere ver a dónde van estos complejos cuando desaparecen. Ciertas longitudes de onda de luz como el infrarrojo que el equipo usó para excitar sus moléculas de potasio-rubidio pueden crear diferentes vías de reacción, pero nadie sabe qué longitudes de onda envían moléculasen que nuevas formaciones.
También planean explorar cómo se ve el complejo en varias etapas de transformación ". Para sondear su estructura", dijo Liu, "podemos variar la frecuencia de la luz y ver cómo varía el grado de excitación. A partir de ahí,puede averiguar dónde están los niveles de energía de esta cosa, lo que informa sobre su construcción mecánica cuántica ".
"Esperamos que esto sirva como un sistema modelo", dijo Ni, un ejemplo de cómo los investigadores pueden explorar otras reacciones a baja temperatura que no involucran potasio y rubidio.
"Esta reacción es, como muchas otras reacciones químicas, una especie de universo en sí mismo", dijo Liu. Con cada nueva observación, el equipo revela una pequeña pieza del elefante cuántico gigante. Ya que hay un número infinito de productos químicosreacciones en el universo conocido, todavía hay un largo camino por recorrer.
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