Forståelse og styring af det molekyle, der skabte universet

Trihydrogen, eller H ₃ ⁺ , er anerkendt af videnskabsmænd som det molekyle, der skabte universet. I de seneste numre af Naturkommunikation og Journal of Chemical Physics , Forskere fra Michigan State University brugte højhastighedslasere til at sætte fokus på de mekanismer, der er nøglen i H ₃ ⁺ skabelsen og dens usædvanlige kemi.

H ₃ ⁺ er udbredt i universet, Mælkevejen, gasgiganter og Jordens ionosfære. Det bliver også skabt og studeret i laboratoriet hos Marcos Dantus, Universitets fremtrædende professor i kemi og fysik. Ved hjælp af ultrahurtige lasere - og teknologi opfundet af Dantus - begynder et hold af forskere at forstå kemien i dette ikoniske molekyle.

"Iagttager, hvordan roaming H ₂ molekyler udvikler sig til H ₃ ⁺ er intet mindre end forbløffende, " sagde Dantus. "Vi dokumenterede først denne proces ved hjælp af methanol; nu har vi været i stand til at udvide og duplikere denne proces i en række molekyler og identificeret en række nye veje."

Astrokemikere ser det store billede, observerer H ₃ ⁺ og definere det gennem et interstellært perspektiv. Det er skabt så hurtigt - på mindre tid, end det tager en kugle at krydse et atom - at det er ekstremt svært at finde ud af, hvordan tre kemiske bindinger brydes og tre nye dannes på så kort en tidsskala.

Det er, når kemikere, der bruger femtosekund-lasere, kommer i spil. I stedet for at studere stjernerne ved hjælp af et teleskop, Dantus' team ser bogstaveligt talt på det lille billede. Hele proceduren ses på molekylært niveau og måles i femtosekunder - 1 milliontedel af 1 milliardtedel af et sekund. Processen, som teamet ser, tager mellem 100 og 240 femtosekunder. Det ved Dantus, fordi uret starter, når han affyrer den første laserpuls. Laserpulsen "ser" så, hvad der sker.

To-laser teknikken afslørede brintoverførslen, såvel som brint-roaming-kemien, det er ansvarlig for H ₃ ⁺ dannelse. Roaming-mekanismer genererer kortvarigt et neutralt molekyle (H ₂ ), der bliver i nærheden og udvinder et tredje brintmolekyle for at danne H ₃ ⁺ . Og det viser sig, at der er mere end én måde, det kan ske på. I et eksperiment, der involverede ethanol, holdet afslørede seks potentielle veje, bekræfter fire af dem.

Da laserimpulser er sammenlignelige med lydbølger, Dantus' team opdagede en "melodi", der forbedrer H ₃ ⁺ dannelse og en, der modvirker dannelse. Når du konverterer disse "formede" pulser til en glidefløjte, vellykket dannelse sker, når noden starter fladt, stiger lidt og slutter med en nedadgående, dybere dyk. Sangen er musik i ørene af kemikere, der kan forestille sig mange potentielle anvendelser for dette gennembrud.

"Disse kemiske reaktioner er byggestenene i livet i universet, " sagde Dantus. "Forekomsten af ​​roamende brintmolekyler i højenergiske kemiske reaktioner, der involverer organiske molekyler og organiske ioner, er ikke kun relevant for materialer bestrålet med lasere, men også materialer og væv bestrålet med røntgenstråler, højenergielektroner, positroner og mere."

Denne undersøgelse afslører kemi, der er relevant i forhold til universets dannelse af vand og organiske molekyler. De hemmeligheder, den kunne låse op, fra astrokemisk til medicinsk, er uendelige, han tilføjede.