La vida (como la conocemos) se basa en el carbono. A pesar de su ubicuidad, este importante elemento todavía guarda muchos secretos, en la tierra y en los cielos sobre nosotros. Por ejemplo, los astrofísicos como Daniel Wolf Savin de Columbia, que estudian las nubes interestelares, quieren comprender cómo los químicos, incluido el carbono, que se arremolinan dentro de estas agregaciones nebulosas de gas y polvo forman las estrellas y los planetas que salpican nuestro universo y dan lugar a la vida orgánica.

Estas nubes interestelares son frías hasta un extremo que es difícil de imitar en un laboratorio, pero Columbia tiene expertos en ciencia ultrafría. En un retiro del Departamento de Física hace varios años en el Laboratorio Nevis de Columbia, el astrofísico Savin conoció al físico cuántico Sebastian Will. El laboratorio de Will se especializa en enfriar átomos y moléculas hasta su límite absoluto con la ayuda de láseres. Las técnicas de enfriamiento por láser han avanzado rápidamente en los últimos años, pero las elecciones típicas de átomos y moléculas de los físicos no aparecen con demasiada frecuencia en la vida cotidiana. Savin quería saber:¿Podrías enfriar las moléculas de carbono?

La respuesta, al menos teóricamente, es sí, según un estudio que el estudiante graduado de física Niccolò Bigagli, Savin y Will publicaron recientemente en Physical Review A. .

El punto de partida para el enfriamiento por láser de cualquier átomo o molécula es comprender cómo absorbe y emite luz; ese proceso reduce la energía cinética del átomo o molécula, enfriándolo en última instancia y deteniéndolo casi por completo. Los datos espectroscópicos necesarios son difíciles de obtener y, a menudo, requieren equipos de laboratorio costosos, pero afortunadamente, los datos de las moléculas de carbono ya existían en la base de datos ExoMol, un recurso de código abierto del University College London de datos de espectroscopia molecular que los astrofísicos utilizan para estudiar las atmósferas de los exoplanetas. .

Bigagli se sumergió en los datos de ExoMol y desarrolló un esquema que debería poder usar láseres para enfriar las moléculas de carbono a temperaturas extremadamente frías, replicando esas condiciones dentro de las nubes interestelares más de lo que ha sido posible anteriormente en el laboratorio, señaló Savin. Estas moléculas de carbono frías podrían luego atraparse con las llamadas pinzas ópticas para espectroscopía de alta precisión de sus propiedades fundamentales o para experimentos de reacción para estudiar su química cuántica, como señaló Will.

"Las moléculas de carbono son bloques de construcción absolutamente esenciales para muchas otras moléculas; es increíble pensar en las posibilidades de lo que podríamos crear con este nuevo esquema de enfriamiento por láser", dijo Bigagli. Eso podría incluir combinar átomos de carbono con hidrógeno para estudiar una clase importante de moléculas llamadas hidrocarburos.

El hecho de que las moléculas de carbono, que en algunos aspectos son bastante diferentes de las moléculas que se han enfriado con láser hasta ahora en los laboratorios, sean aptas para la técnica también plantea la posibilidad de que haya más opciones sobre la mesa de lo que se creía anteriormente. "Las moléculas de carbono podrían ser el puente entre las moléculas algo esotéricas de los físicos y las que los químicos estudian con aplicaciones más reales", dijo Bigagli. Actualmente, el equipo está analizando datos adicionales para identificar otras moléculas interesantes que podrían enfriarse con láser, además de pensar en lo que podrían agregar al carbono enfriado.

Solo los experimentos reales dirán qué tan exitoso será el esquema de enfriamiento de carbono, dijo Will, y espera que su laboratorio pueda construir las configuraciones de láser necesarias pronto. "Hemos demostrado que, fundamentalmente, esto funcionará con tecnología de punta; solo necesitamos los recursos para armarlo", dijo. + Explora más

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