Er molekyler højrehåndede eller venstrehåndede? Egenskaber af chirale molekyler på attosekundniveau

Du kan få en god idé om chiralitet ved at sætte en højrehåndshandske på din venstre hånd - to identiske former, som ikke kan overlejres, fordi de er spejlbilleder af hinanden. Denne egenskab er almindelig i vores univers, fra de mindste partikler til enorme galakser.

Selvom de fysiske egenskaber ved kirale molekyler er de samme, kun én af formerne bruges generelt af levende organismer, for eksempel i DNA eller aminosyrer. Der er mange mulige årsager til, at denne "livets homokiralitet" eksisterer, men ingen konsensus om den endelige forklaring. Alligevel er konsekvenserne af dette fænomen enorme, for eksempel i farmakologi, hvor de to spejlbilleder af et chiralt molekyle kan have meget forskellige terapeutiske effekter.

For at afsløre de subtile egenskaber ved spejlmolekyler i en ny undersøgelse, et internationalt forskerhold undersøgte deres fotoionisering, nemlig den måde, de udsender elektroner på, når de bliver ramt af lys. Lys frembragt af en ultrahurtig laser ved Center lasers intenses et applikationer (CELIA, CNRS/University of Bordeaux/CEA) i Bordeaux blev cirkulært polariseret og derefter rettet mod kamfermolekyler. Dette fik det elektromagnetiske felt til at antage en regulær spiralform, hvis retning kunne ændres. Når det bliver ramt af dette spiralformede lys, et chiralt molekyle udsendte en elektron, som også fulgte en spiralbane.

Gasformige kamfermolekyler er orienteret på en tilfældig måde, så laserstrålen rammer ikke altid det chirale molekyle på samme side, og elektroner udsendes i forskellige retninger. Men for et givet spejlbillede, flere elektroner udsendes enten i samme eller modsatte retning som lyset, afhængig af retningen af ​​polarisationen, ligesom en møtrik drejer på den ene eller anden måde alt efter hvilken retning skruenøglen drejes.

Samuel Beaulieu, en ph.d. studerende i energi og materialer co-superviseret ved lNRS og University of Bordeaux, undersøgte kilden til dette fænomen med sine kolleger ved meget præcist at måle, hvordan elektronerne udsendes. Dette gjorde ham ikke kun i stand til at bekræfte, at flere elektroner udsendes i én retning, men fik ham også til at opdage, at de blev udsendt syv attosekunder tidligere end i det modsatte. Så reaktionen af ​​et kamfermolekyle ioniseret af cirkulært polariseret lys er asymmetrisk.

Den asymmetriske ionisering af chirale molekyler er en mulig forklaring på den homochirale natur af levende organismer. Samuel Beaulieus eksperiment fangede de første få attosekunder af en proces, der over milliarder af års evolution kunne have ført til en præference for visse venstre- eller højrehåndede molekyler i livets kemi. Det vil tage andre fundamentale opdagelser som denne, før vi forstår alle trinene i denne historie, som foregår i attosekunder.