Genskabelse af interstellare ioner med lasere

Trihydrogen, eller H ₃ ⁺ , er blevet kaldt det molekyle, der skabte universet, hvor det spiller en større rolle i astrokemi end noget andet molekyle. Mens H ₃ ⁺ er astronomisk rigeligt, ingen videnskabsmand forstod de mekanismer, der danner det fra organiske molekyler.

Indtil nu.

Ved hjælp af lasere, Forskere fra Michigan State University har låst op for hemmeligheden og offentliggjort deres resultater i det aktuelle nummer af Nature Videnskabelige rapporter . I et kælderlaboratorium på campus, Marcos Dantus, Universitets fremtrædende professor i kemi og fysik, og hans hold duplikerede i det væsentlige mekanismen, der findes fra galaksens centrum til Jordens egen ionosfære.

Forskerne fandt H ₃ ⁺ når de brugte en stærkt felt-laser til at starte en reaktion og en anden femtosekund-laser til at undersøge dens fremskridt. Disse interaktioner fører ofte til eksotiske kemiske reaktioner. I dette tilfælde, det afslørede uventet fantommekanismerne i H ₃ ⁺ .

"Vi fandt ud af, at en roaming H ₂ molekylet er ansvarlig for den kemiske reaktion, producerer H ₃ ⁺ ; roaming-kemi er ekstremt nyt, og man ved kun lidt om det, " sagde Dantus. "Dette er det første dokumenterede tilfælde for en roaming H ₂ reaktion, hvilket er vigtigt, fordi roaming-mekanismer er et spirende kapitel i kemien – et kapitel, der kan give forklaringer på usandsynlige og uforklarlige kemiske reaktioner."

En grund til mangel på viden er, at processen sker på næsten umådelig tid. Hele reaktionen, involverer spaltning og dannelse af tre kemiske bindinger, tager mellem 100 og 240 femtosekunder. Det er kortere tid, end det tager en kugle at rejse i bredden af ​​et atom, tilføjede Dantus.

Hvordan roaming H ₂ molekyle udtrækker protonen for at udvikle sig til H ₃ ⁺ er intet mindre end forbløffende, ifølge forskerne. Et neutralt H ₂ molekyle dannes ved ionisering af et organisk molekyle, og den strejfer rundt om den resterende ion, indtil den finder en sur proton. Når først målrettet, det udtrækker derefter protonen, og samler det for at forvandle sig til den mest rigelige ion i universet.

"Vi var i stand til at duplikere i vores laboratorium, hvad der sker i kosmos, mens vi taler, " sagde Dantus. "Forståelse af denne mekanisme og dens tidsskala tager os et skridt tættere på at forstå de kemiske reaktioner, der skabte byggestenene i livet i universet."

Fremtidig forskning vil fokusere på effekten af ​​molekylær størrelse og struktur på sandsynligheden for og timingen af ​​roaming kemiske reaktioner.

MSU-forskere, der har bidraget til denne kollaborative forskning, inkluderer:Nagitha Ekanayake, Muath Nairat, Christopher Mancuso, B. Scott Fales, James Jackson og Benjamin Levine.

Forskere fra Kansas State University var også en del af holdet:Balram Kaderiya, Peyman Feizollah, Bethany Jochim, Travis Severt, Ben Berry, Kanaka Raju, Kevin Carnes, Shashank Pathak, Daniel Rolles, Artem Rudenko og Itzik Ben-Itzhak.