Los científicos han utilizado pulsos de luz láser ajustados con precisión para filmar la rotación ultrarrápida de una molécula. La "película molecular" resultante rastrea una revolución y media de sulfuro de carbonilo (OCS), una molécula en forma de varilla que consta de un oxígeno, un átomo de carbono y un átomo de azufre, que tienen lugar en 125 billonésimas de segundo, a una alta resolución temporal y espacial. El equipo encabezado por Jochen Küpper de DESY del Centro de Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL) y Arnaud Rouzée del Instituto Max Born de Berlín presenta sus hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza . CFEL es una cooperación de DESY, la Sociedad Max Planck y la Universität Hamburg.

"La física molecular ha soñado durante mucho tiempo con capturar el movimiento ultrarrápido de los átomos durante los procesos dinámicos en una película, "explica Küpper, quien también es profesor en la Universidad de Hamburgo. Esto de ninguna manera es simple, sin embargo, ya que el reino de las moléculas normalmente requiere radiación de alta energía con una longitud de onda del orden del tamaño de un átomo para poder ver los detalles. Así que el equipo de Küpper adoptó un enfoque diferente:utilizaron dos pulsos de luz láser infrarroja sintonizados con precisión entre sí y separados por 38 billonésimas de segundo (picosegundos) para hacer que las moléculas de sulfuro de carbonilo giraran rápidamente al unísono. es decir., coherentemente. Luego utilizaron otro pulso láser con una longitud de onda más larga para determinar la posición de las moléculas a intervalos de alrededor de 0,2 billonésimas de segundo cada una. "Dado que este pulso láser de diagnóstico destruye las moléculas, el experimento tuvo que reiniciarse de nuevo para cada instantánea, "informa Evangelos Karamatskos, el autor principal del estudio de CFEL.

En total, los científicos tomaron 651 fotografías que cubren 1,5 períodos de rotación de la molécula. Ensamblado secuencialmente, las imágenes produjeron una película de 125 picosegundos de la rotación de la molécula. La molécula de sulfuro de carbonilo tarda aproximadamente 82 billonésimas de segundo, es decir, 0,000000000082 segundos, para completar una revolución completa. "Sería incorrecto pensar que su movimiento es como el de un palo giratorio, aunque, ", dice Küpper." Los procesos que estamos observando aquí se rigen por la mecánica cuántica. En esta escala, Los objetos muy pequeños como átomos y moléculas se comportan de manera diferente a los objetos cotidianos de nuestro entorno. La posición y el momento de una molécula no se pueden determinar simultáneamente con la máxima precisión; sólo se puede definir una cierta probabilidad de encontrar la molécula en un lugar específico en un momento determinado ".

Las características peculiares de la mecánica cuántica se pueden ver en varias de las muchas imágenes de la película, en el que la molécula no apunta simplemente en una dirección, pero en varias direcciones al mismo tiempo, cada una con una probabilidad diferente (ver, por ejemplo, la posición de las 3 en punto en la figura). "Son precisamente esas direcciones y probabilidades las que obtuvimos imágenes de forma experimental en este estudio, "agrega Rouzée." Dado que estas imágenes individuales comienzan a repetirse después de aproximadamente 82 picosegundos, podemos deducir el período de rotación de una molécula de sulfuro de carbonilo ".

Los científicos creen que su método también se puede utilizar para otras moléculas y procesos, por ejemplo para estudiar la torsión interna, es decir., torsión, de moléculas o compuestos quirales, los que existen en dos formas reflejadas, muy parecido a la mano derecha e izquierda de una persona. "Grabamos una película molecular de alta resolución de la rotación ultrarrápida del sulfuro de carbonilo como proyecto piloto, "dice Karamatskos, resumiendo el experimento. "El nivel de detalle que pudimos lograr indica que nuestro método podría usarse para producir películas instructivas sobre la dinámica de otros procesos y moléculas".