La observación de una reacción química a nivel molecular en tiempo real es un tema central en la física química experimental. Un equipo de investigación internacional ha capturado fragmentos moleculares itinerantes por primera vez. La obra, bajo la supervisión de Heide Ibrahim, investigador asociado en el Institut national de la recherche scientifique (INRS), fue publicado en la revista Ciencias .

El grupo de investigación del Centro de Investigación Énergie Matériaux Télécommunications del INRS, con el apoyo del profesor François Légaré, ha utilizado la fuente de luz láser avanzada (ALLS). Han logrado filmar la primera película molecular de "vagabundos":fragmentos de hidrógeno, en este caso, esa órbita alrededor de fragmentos de HCO) durante una reacción química mediante el estudio de la foto-disociación del formaldehído, H ₂ CO.

Un viaje por carretera molecular

"Lo que vemos en este nuevo descubrimiento es que, como en un viaje por carretera, el objetivo final no se conoce al principio, ni el camino es siempre sencillo. En general, moléculas, como los humanos, siga el camino más fácil para llegar del punto A al punto B con el fin de minimizar la energía gastada, "explica Heide Ibrahim." Sin embargo, a veces, los viajeros pueden decidir tomar un pequeño desvío ". Aparentemente, lo mismo ocurre con los fragmentos de moléculas. Este proceso se llama roaming, y se descubrió por primera vez en moléculas de formaldehído en 2004. Desde entonces, Se han detectado rastros indirectos de fragmentos errantes llamados errantes en muchos sistemas moleculares.

Sin embargo, solo recientemente el equipo del Dr. Ibrahim ha podido "atraparlos en el camino, "y los capturó en tiempo real. Esta es la primera observación directa del fenómeno esquivo de la itinerancia observado hasta la fecha". Es como si, tras el descubrimiento de huellas de dinosaurios, se descubrió una película que los mostraba deambulando, "dice el investigador.

Mapeando los fragmentos

Además del roaming, también hay disociación convencional, en el que la molécula se divide en fragmentos al ser excitada por pulsos ultracortos de láser ultravioleta. Los fragmentos pueden alcanzar los mismos productos finales siguiendo rutas directas (disociación) o rutas indirectas (itinerancia). "Para realizar este trabajo, uno no puede simplemente esperar la llegada de un fragmento a la línea de meta, ya que no aporta ninguna información sobre la dinámica que ha sufrido. Era como si el viaje por carretera se hiciera sin GPS y no pudiéramos volver sobre la ruta tomada por los viajeros, "dice Heide Ibrahim. Para remediar esto, el equipo encontró una manera de identificar qué fragmento siguió qué camino colocando puntos de control a lo largo de la ruta; estos actúan un poco como torres de telefonía celular que permiten que se active una señal en un punto específico a lo largo de la ruta.

Uno de los numerosos desafíos en los experimentos estuvo relacionado con el hecho de que la señal de estas moléculas indecisas ocurre estadísticamente. Imagínese querer tomar una foto de un viajero en la carretera, pero solo tiene el nombre de la carretera y puede pasar en cualquier momento durante la semana. Para aumentar la dificultad, la señal experimental es ultrarrápida (en la escala de 100 femtosegundos, o 10 mil millones de veces menos de un milisegundo) mientras se extiende sobre varios órdenes de magnitud en el tiempo. Tomoyuki Endo, el primer autor del estudio, un ex postdoctorado de INRS ahora en el Kansai Photon Science Institute (Japón), pudo seguir a los "vagabundos" utilizando una técnica llamada imágenes de explosión de Coulomb de resolución temporal (CEI).

Los equipos de Michael Schuurman (Consejo Nacional de Investigación, Ottawa), Paul Houston (Universidad de Cornell, Ítaca EE. UU.) Y Joel Bowman (Universidad de Emory, Atlanta, EE.UU.) brindó apoyo teórico de alto nivel en todas las etapas experimentales críticas.

"Los resultados muestran que el CEI resuelto en el tiempo puede ir más allá de la obtención de imágenes de dinámicas moleculares coherentes; aquí, Seguimos procesos estadísticos utilizando láseres ultrarrápidos de sobremesa convencionales, "dice el profesor Légaré, director del laboratorio ALLS donde se llevaron a cabo los experimentos. "En el futuro cercano, gracias a los avances en los sistemas láser de alta tasa de repetición, será posible estudiar moléculas más complejas ".

"Aunque la itinerancia sigue siendo un proceso difícil de comprender, Este avance científico proporciona información sobre cómo medirlo, así como otros procesos estadísticos que requieren una detección altamente sensible frente a señales de fondo disruptivas. ", dice Heide Ibrahim." En última instancia, esto puede ser sólo el comienzo de otro viaje sinuoso hacia algunos de los secretos de la madre naturaleza; la itinerancia es un proceso cuyo papel en la química ambiental y atmosférica está apenas comenzando a comprenderse ".