La luz es la forma más rápida de distinguir moléculas quirales diestras y zurdas, que tiene importantes aplicaciones en química y biología. Sin embargo, la luz ordinaria sólo percibe débilmente la destreza molecular. Investigadores del Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopía de Pulso Corto (MBI), el Instituto de Tecnología de Israel (Technion) y Technische Universitaet Berlin (TU Berlin) ahora informan sobre un método para generar y caracterizar luz quiral sintética, que identifica la destreza de las moléculas de manera excepcionalmente distinta. Los resultados de su trabajo conjunto acaban de aparecer en Fotónica de la naturaleza .

Como manos derecha e izquierda algunas moléculas en la naturaleza tienen gemelos espejo. Sin embargo, mientras que estas moléculas gemelas pueden parecer similares, algunas de sus propiedades pueden ser muy diferentes. Por ejemplo, la destreza o quiralidad de las moléculas juega un papel esencial en la química, biología, y desarrollo de fármacos. Si bien un tipo de molécula puede curar una enfermedad, su gemelo espejo, o enantiómero, puede ser tóxico o incluso letal.

Es extremadamente difícil diferenciar las moléculas quirales opuestas porque se ven idénticas y se comportan de manera idéntica a menos que interactúen con otro objeto quiral. La luz se ha utilizado durante mucho tiempo para detectar la quiralidad:las oscilaciones del campo electromagnético dibujan una hélice quiral en el espacio a lo largo de la dirección de propagación de la luz. Dependiendo de si la hélice gira en sentido horario o antihorario, la onda de luz es derecha o izquierda. Sin embargo, el paso de la hélice, establecido por la longitud de onda de la luz, es aproximadamente 1000 veces más grande que el tamaño de una molécula. Entonces, la hélice de luz es un círculo gigantesco en comparación con las moléculas diminutas, que apenas reaccionan a su quiralidad.

Una forma innovadora de solucionar este problema propuesta por MBI, Científicos del Technion y TU Berlin, es sintetizar un nuevo tipo de luz quiral que dibuja una estructura quiral en el tiempo en cada punto del espacio. "La habilidad de esta nueva luz se puede ajustar de tal manera que un enantiómero interactúe activamente con ella y emita luz brillante en respuesta, mientras que el enantiómero opuesto no interactuará con él en absoluto, "explica el Dr. David Ayuso, Investigadora de MBI y primera autora del artículo.

Los científicos describieron matemáticamente esta nueva luz quiral y probaron su modelo simulando cómo interactúa con las moléculas quirales. Es más, mostraron cómo crear tal luz en un laboratorio, fusionando dos rayos láser convergentes que transportan ondas de luz de dos frecuencias diferentes. Al sintonizar el cambio de fase entre las diferentes frecuencias, Los científicos pueden controlar la mano de esta luz quiral sintética y así seleccionar el tipo de molécula con la que interactuará fuertemente.

"La luz quiral sintética se describe mediante propiedades de simetría intrínseca completamente nuevas para los campos electromagnéticos, que es muy emocionante, "dice Ofer Neufeld, un doctorado estudiante en el Departamento de Física del Technion, segundo autor (contribución igualitaria) del artículo.

Los investigadores prevén una variedad de aplicaciones potenciales del nuevo método en química y biología. Por ejemplo, La luz quiral sintética podría permitir a los investigadores monitorear las reacciones químicas quirales en tiempo real o detectar el cambio en la mano de las moléculas. "También esperamos utilizar este nuevo enfoque para separar moléculas espacialmente con la mano opuesta utilizando láseres ultrarrápidos, "dice la Prof. Dra. Olga Smirnova, profesor de la TU de Berlín y director de un grupo de teoría de MBI.