Las moléculas complejas basadas en carbono están en todas partes del Cosmos. Cuántas de estas moléculas se forman sigue siendo un misterio, particularmente para las moléculas de carbono formadas por la naturaleza en la Tierra primordial que dieron origen a la vida en este planeta.

Investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos, utilizando una técnica de compresión impulsada por láser e interrogación por difracción de rayos X en las instalaciones del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC) en California, han descubierto recientemente un mecanismo para la formación de moléculas sólidas complejas en forma de lámina de carbono en benceno líquido, un hidrocarburo común, eso podría desentrañar parte del misterio de la formación de carbono.

"Usando difracción de rayos X y mediciones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño de benceno líquido con choque a 55 gigapascales (aproximadamente ocho millones de libras por pulgada cuadrada) pudimos ver la formación y la estructura cristalina de los productos de reacción impulsados ​​por el impacto en escalas de tiempo de nanosegundos, ", dijo el investigador principal del proyecto, Dana Dattelbaum." Las reacciones químicas en el benceno en estas condiciones extremas produjeron una mezcla compleja de productos compuestos de nuevos alótropos de carbono e hidrocarburos ".

Un alótropo son dos o más formas físicas diferentes de un elemento. Grafito, grafeno y el diamante son todos alótropos del carbono. Benceno, una molécula en forma de anillo que consta de seis átomos de carbono y seis de hidrógeno, se utiliza principalmente para fabricar otros productos químicos, principalmente etilbenceno, un precursor del estireno, se utiliza para fabricar polímeros y plásticos como el poliestireno.

Una hipótesis para la formación de vida en la Tierra está respaldada por la teoría de que los impactos de asteroides y cometas proporcionaron un mecanismo para la formación de moléculas complejas basadas en carbono. un pilar fundamental de la vida, debido a las presiones y temperaturas extremas en una onda de choque. Esta investigación muestra cómo el carbono evoluciona a partir de la molécula simple de benceno bajo compresión de choque. Ha habido varios trabajos que han mirado este problema desde un enfoque teórico, pero estas son las primeras mediciones in situ de la evolución del benceno a carbono bajo impacto utilizando rayos X de alto brillo.

En este estudio, Los investigadores utilizaron un láser para electrocutar una muestra de benceno y cronometraron una sonda de rayos X pulsada coherente del láser de electrones libres de rayos X Linac Coherent Light Source en SLAC para obtener la estructura de los productos que se forman cuando el benceno se transforma bajo carga de choque. El estudio, utilizando rayos X de alto brillo para "ver" el interior de los materiales publicados hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza , encontraron estructuras de carbono expandidas en forma de láminas en grupos similares a los explosivos de alta potencia.

"Comprender la reactividad química, rotura de enlaces y formación de productos, está relacionado con la comprensión de cómo los explosivos inician y liberan energía. Un trabajo como este ayuda al Laboratorio a desarrollar una mejor comprensión de los mecanismos y la cinética de las reacciones químicas en condiciones extremas relevantes para el impacto planetario. detonación de explosivos y aplicaciones de armas nucleares para el desarrollo de modelos predictivos, "dijo Dattelbaum.

"Descubriendo nuevas formas de carbono y mezclas de alótropos formados en estas condiciones extremas, ser capaz de sondear condiciones ópticamente opacas con rayos X por primera vez en reacciones impulsadas por golpes, en muchos sentidos ha sido un santo grial que se remonta a los primeros trabajos de física de choque que comenzaron con el Proyecto Manhattan, "añadió Dattelbaum.