La mecánica cuántica gobierna. Dicta cómo interactúan las partículas y las fuerzas y, por lo tanto, cómo funcionan los átomos y las moléculas, por ejemplo, qué sucede cuando una molécula pasa de un estado de mayor energía a uno de menor energía. Pero más allá de las moléculas más simples, los detalles se vuelven muy complejos.
"La mecánica cuántica describe cómo funciona todo esto", dijo Paul Hockett, del Consejo Nacional de Investigación de Canadá. "Pero tan pronto como superas el problema de los dos cuerpos, no puedes resolver las ecuaciones". Entonces, los físicosdebe confiar en simulaciones por computadora y experimentos.
Ahora, él y un equipo internacional de investigadores de Canadá, el Reino Unido y Alemania han desarrollado una nueva técnica experimental para tomar imágenes tridimensionales de moléculas en acción. Esta herramienta, dijo, puede ayudar a los científicos a comprender mejor la mecánica cuántica subyacentemoléculas más grandes y más complejas.
El nuevo método, descrito en The Journal of Chemical Physics, de AIP Publishing, combina dos tecnologías. La primera es una cámara desarrollada en la Universidad de Oxford, llamada cámara de espectrometría de masas con imágenes de píxeles PImMS. La segunda es un vacío de femtosegundo.fuente de luz ultravioleta construida en los femtolabs de NRC en Ottawa.
La espectrometría de masas es un método utilizado para identificar compuestos desconocidos y para sondear la estructura de las moléculas. En la mayoría de los tipos de espectrometría de masas, una molécula se fragmenta en átomos y moléculas más pequeñas que luego se separan por peso molecular. En el tiempo de vueloLa espectrometría de masas, por ejemplo, un campo eléctrico acelera la molécula fragmentada.La velocidad de esos fragmentos depende de su masa y carga, por lo que para pesarlos, mide cuánto tiempo tardan en golpear el detector.
Sin embargo, la mayoría de los detectores de imágenes convencionales no pueden discernir exactamente cuándo golpea una partícula en particular. Para medir el tiempo, los investigadores deben usar métodos que actúen efectivamente como persianas, que dejan pasar las partículas durante un corto período de tiempo. Saber cuándo está abierta la persianaproporciona información sobre el tiempo de vuelo, pero este método solo puede medir partículas de la misma masa, correspondiente al corto tiempo de apertura del obturador.
La cámara PImMS, por otro lado, puede medir partículas de múltiples masas a la vez. Cada píxel del detector de la cámara puede medir el tiempo cuando una partícula lo golpea. Esa información de sincronización produce un mapa tridimensional de las velocidades de las partículas,proporcionando una imagen tridimensional detallada del patrón de fragmentación de la molécula.
Para sondear moléculas, los investigadores usaron esta cámara con un láser ultravioleta de vacío de femtosegundos. Un pulso láser excita la molécula a un estado de mayor energía, y justo cuando la molécula comienza su evolución mecánica cuántica, después de unas pocas docenas de femtosegundos,se dispara otro pulso. La molécula absorbe un solo fotón, un proceso que hace que se desmorone. La cámara PImMS captura una imagen tridimensional de los restos moleculares.
Al disparar un pulso láser más tarde y más tarde a las moléculas excitadas, los investigadores pueden usar la cámara PImMS para tomar instantáneas de las moléculas en varias etapas mientras caen en estados de menor energía. El resultado es una serie de golpes en 3Dimágenes por soplado de una molécula que cambia de estado.
Los investigadores probaron su enfoque en una molécula llamada C2F3I. Aunque era una molécula relativamente pequeña, se fragmentó en cinco productos diferentes en sus experimentos. El software de datos y análisis está disponible en línea como parte de una iniciativa científica abierta, y aunque los resultados sonpreliminar, dijo Hockett, los experimentos demuestran el poder de esta técnica.
"Es efectivamente una tecnología habilitadora para hacer este tipo de experimentos", dijo Hockett. Solo toma unas horas recolectar el tipo de datos que tomaría unos días usando métodos convencionales, permitiendo experimentos con moléculas más grandesque antes eran imposibles
Entonces los investigadores pueden responder mejor preguntas como: ¿Cómo funciona la mecánica cuántica en sistemas más grandes y complejos? ¿Cómo se comportan las moléculas excitadas y cómo evolucionan?
"La gente ha estado tratando de entender estas cosas desde la década de 1920", dijo Hockett. "Todavía es un campo muy abierto de investigación, investigación y debate porque las moléculas son realmente complicadas. Tenemos que seguir tratando de entenderlas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :