La reacción química más fría del universo conocido tuvo lugar en lo que parece ser un caótico desorden de láseres. La apariencia engaña:en lo profundo de ese caos minuciosamente organizado, en temperaturas millones de veces más frías que el espacio interestelar, Kang-Kuen Ni logró una hazaña de precisión. Obligando a dos moléculas ultrafrías a encontrarse y reaccionar, rompió y formó los enlaces más fríos en la historia de los acoplamientos moleculares.

"Probablemente en los próximos años, somos el único laboratorio que puede hacer esto, "dijo Ming-Guang Hu, becario postdoctoral en el laboratorio de Ni y primer autor de su artículo publicado hoy en Ciencias . Hace cinco años, Ni, el profesor asociado Morris Kahn de química y biología química y un pionero de la química ultra fría, se propuso construir un nuevo aparato que pudiera lograr las reacciones químicas a la temperatura más baja de cualquier tecnología disponible actualmente. Pero no podían estar seguros de que su intrincada ingeniería funcionaría.

Ahora, no solo realizaron la reacción más fría hasta ahora, descubrieron que su nuevo aparato puede hacer algo que incluso ellos no predijeron. En un frío tan intenso (500 nanokelvin o solo unas millonésimas de grado por encima del cero absoluto), sus moléculas se desaceleraron a velocidades tan glaciales, Ni y su equipo pudieron ver algo que nadie había podido ver antes:el momento en que dos moléculas se encuentran para formar dos nuevas moléculas. En esencia, capturaron una reacción química en su acto más crítico y esquivo.

Las reacciones químicas son responsables de literalmente todo:respirar, Cocinando, digerir creando energía, productos farmacéuticos, y productos para el hogar como jabón. Entonces, comprender cómo funcionan a un nivel fundamental podría ayudar a los investigadores a diseñar combinaciones que el mundo nunca ha visto. Con un número casi infinito de nuevas combinaciones posibles, estas nuevas moléculas podrían tener infinitas aplicaciones, desde una producción de energía más eficiente hasta nuevos materiales como paredes a prueba de moho e incluso mejores bloques de construcción para computadoras cuánticas.

En su trabajo anterior, Ni usó temperaturas cada vez más frías para hacer esta magia química:forjar moléculas a partir de átomos que de otro modo nunca reaccionarían. Enfriado a tales extremos, los átomos y las moléculas se ralentizan a un rastreo cuántico, su estado de energía más bajo posible. Allí, Ni puede manipular interacciones moleculares con la máxima precisión. Pero incluso ella solo pudo ver el comienzo de sus reacciones:dos moléculas entran, ¿pero entonces, qué? Lo que sucedió en el medio y el final fue un agujero negro que solo las teorías podían intentar explicar.

Las reacciones químicas ocurren en solo millonésimas de mil millonésimas de segundo, más conocido en el mundo científico como femtosegundos. Incluso la tecnología más sofisticada de la actualidad no puede capturar algo tan efímero aunque algunos se acercan. En los últimos veinte años Los científicos han utilizado láseres ultrarrápidos como cámaras de acción rápida, tomar imágenes rápidas de las reacciones a medida que ocurren. Pero no pueden capturar la imagen completa. "La mayor parte del tiempo, "Ni dijo, "Simplemente ves que los reactivos desaparecen y los productos aparecen en un tiempo que puedes medir. No hubo una medición directa de lo que realmente sucedió en estas reacciones químicas". Hasta ahora.

Las temperaturas ultrafrías del Ni fuerzan las reacciones a una velocidad comparativamente entumecida. "Debido a que [las moléculas] son ​​tan frías, "Ni dijo, "ahora tenemos un efecto de cuello de botella". Cuando ella y su equipo hicieron reaccionar dos moléculas de rubidio y potasio, elegidas por su flexibilidad, las temperaturas ultra frías obligaron a las moléculas a permanecer en la etapa intermedia durante microsegundos. Los microsegundos (meras millonésimas de segundo) pueden parecer cortos, pero eso es millones de veces más de lo habitual y lo suficiente para que Ni y su equipo investiguen la fase en la que se rompen y se forman los enlaces, en esencia, cómo una molécula se convierte en otra.

Con esta visión íntima, Ni dijo que ella y su equipo pueden probar teorías que predicen lo que sucede en el agujero negro de una reacción para confirmar si lo hicieron bien. Luego, su equipo puede elaborar nuevas teorías, usar datos reales para predecir con mayor precisión lo que sucede durante otras reacciones químicas, incluso aquellos que tienen lugar en el misterioso reino cuántico.

Ya, el equipo está explorando qué más pueden aprender en su banco de pruebas ultrafrío. Próximo, por ejemplo, podrían manipular los reactivos, emocionarlos antes de que reaccionen para ver cómo su energía aumentada afecta el resultado. O, incluso podrían influir en la reacción a medida que se produce, empujando una molécula u otra. "Con nuestra capacidad de control, esta ventana de tiempo es lo suficientemente larga, podemos sondear, "Hu dijo". Ahora, con este aparato, podemos pensar en esto. Sin esta técnica, sin este papel, ni siquiera podemos pensar en esto ".