En una famosa parábola, Tres ciegos se encuentran con un elefante por primera vez. Cada uno toca una parte:el tronco, oreja, o de lado, y concluye que la criatura es una serpiente gruesa, admirador, o pared. Este elefante dijo Kang-Kuen Ni, es como el mundo cuántico. Los científicos solo pueden explorar una célula de este vasto criatura desconocida a la vez. Ahora, Ni ha revelado algunos más para explorar.

Todo empezó en diciembre pasado cuando ella y su equipo completaron un nuevo aparato que podía lograr reacciones químicas a la temperatura más baja de cualquier tecnología disponible actualmente y luego se rompió y formó los enlaces más fríos en la historia del acoplamiento molecular. Pero sus reacciones ultrafrías también desaceleraron inesperadamente la reacción a una velocidad lenta, dándole a los investigadores una visión en tiempo real de lo que sucede durante una transformación química. Ahora, aunque las reacciones se consideran demasiado rápidas para medir, Ni solo determinó el tiempo de vida de esa reacción, resolvió un misterio ultrafrío en el proceso.

Con química ultra fría, Ni, el profesor asociado Morris Kahn de química y biología química y de física, y su equipo enfrió dos moléculas de potasio-rubidio justo por encima del cero absoluto y encontró el "intermedio, "el espacio donde los reactivos se transforman en productos, vivido durante unos 360 nanosegundos (todavía mil millonésimas de segundo, pero lo suficientemente largo). "No es el reactivo. No es el producto. Es algo intermedio, "Ni dijo. Viendo esa transformación, como tocar el costado de un elefante, puede decirle algo nuevo sobre cómo las moléculas, la base de todo, trabaja.

Pero no solo miraron.

"Esta cosa vive tanto tiempo que ahora podemos jugar con ella ... con luz, "dijo Yu Liu, estudiante de posgrado en la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias y primer autor de su estudio publicado en Física de la naturaleza . "Complejos típicos, como los de una reacción a temperatura ambiente, no podría hacer mucho con ellos porque se disocian en productos muy rápidamente ".

Como rayos tractores de Star Trek, los láseres pueden atrapar y manipular moléculas. En la física ultra fría, este es el método de referencia para capturar y controlar átomos, observarlos en su estado fundamental cuántico o obligarlos a reaccionar. Pero cuando los científicos pasaron de manipular átomos a manipular moléculas, sucedió algo extraño:las moléculas comenzaron a desaparecer de la vista.

"Ellos prepararon estas moléculas, con la esperanza de realizar muchas de las aplicaciones que prometen:construir computadoras cuánticas, por ejemplo, pero en cambio lo que ven es una pérdida, "Dijo Liu.

Átomos de álcali, como el potasio y rubidio Ni y su equipo estudian, son fáciles de enfriar en el reino ultrafrío. En 1997, Los científicos ganaron un Premio Nobel de Física por enfriar y atrapar átomos alcalinos en luz láser. Pero las moléculas son más frágiles que los átomos:no son solo una cosa esférica sentada allí, dijo Liu, pueden girar y vibrar. Cuando están atrapados juntos en la luz láser, las moléculas de gas chocaron entre sí como se esperaba, pero algunos simplemente desaparecieron.

Los científicos especularon que la pérdida molecular se debió a reacciones:dos moléculas chocaron y, en lugar de ir en diferentes direcciones, se transformaron en nuevas especies. ¿Pero cómo?

"Lo que encontramos en este documento responde a esa pregunta, "Dijo Liu." Lo mismo que se usa para confinar la molécula es matar la molécula ". En otras palabras, es culpa de la luz.

Cuando Liu y Ni usaron láseres para manipular ese complejo intermedio, en medio de su reacción química, descubrieron que la luz obligaba a las moléculas a salir de su ruta de reacción típica y a una nueva. Un par de moléculas pegados como un complejo intermedio, pueden "emocionarse con las fotografías" en lugar de seguir su camino tradicional, Dijo Liu. Las moléculas de álcali son particularmente susceptibles debido al tiempo que viven en su complejo intermedio.

"Básicamente, si quieres eliminar la perdida, "Liu dijo, "Tienes que apagar la luz. Tienes que encontrar otra forma de atrapar estas cosas". Imanes por ejemplo, o los campos eléctricos pueden atrapar moléculas, también. "Pero todos estos son técnicamente exigentes, "dijo Liu. La luz es más simple.

Próximo, Ni quiere ver adónde van estos complejos cuando desaparecen. Ciertas longitudes de onda de la luz (como el infrarrojo que usó el equipo para excitar sus moléculas de potasio-rubidio) pueden crear diferentes rutas de reacción, pero nadie sabe qué longitudes de onda envían moléculas a qué nuevas formaciones.

También planean explorar cómo se ve el complejo en varias etapas de transformación. "Para sondear su estructura, "Liu dijo, "podemos variar la frecuencia de la luz y ver cómo varía el grado de excitación. A partir de ahí, podemos averiguar dónde están los niveles de energía de esta cosa, que informa sobre su construcción mecánica cuántica ".

"Esperamos que esto sirva como un sistema modelo, "Ni dijo, un ejemplo de cómo los investigadores pueden explorar otras reacciones a baja temperatura que no involucran potasio y rubidio.

"Esta reacción es, como muchas otras reacciones químicas, una especie de universo en sí mismo, "dijo Liu. Con cada nueva observación, el equipo revela una pequeña pieza del elefante cuántico gigante. Dado que hay un número infinito de reacciones químicas en el universo conocido, todavía hay un largo, largo camino por recorrer.