Létrehoztuk az univerzum leghidegebb kémiai reakcióját és egy forradalmian új kutatási módszert
2019 / 12 / 09 / Justin Viktor
Létrehoztuk az univerzum leghidegebb kémiai reakcióját és egy forradalmian új kutatási módszert
A tudomány rendelkezésére álló eszközrendszer soha a történelem során nem volt még olyan összetett és óriási energiákkal dolgozó, mint napjainkban. Ebben az exponenciális tempóban bővülő cselekvési térben, a tudósok folyamatosan keresik az új lehetőségeket, és most nem akármit találtak.

Lassítva gyorsuló tudomány

A Harvard tudósai a normális sebességénél egymilliószor hosszabb időre lassítottak le egy kémiai reakciót abszolút-nulla fokhoz közeli hőmérséklet mellett. A kutatók folyamatosan keresnek új módszereket a molekulák manipulálására, mint például a szélsőségesen nagy mechanikai nyomás vagy épp a rendkívüli hideg. A reakciók pontos megfigyelésére ilyenkor a tudósok egymást átfedő lézerek sorozatát használják, épp mint a fényképészeti vaku esetében történik.

A kutatók most először figyeltek meg egy kémiai reakciót az elejétől a végéig, egy pillanatot sem mulasztva el. A Harvard Egyetemen dolgozó Kang-Kuen Ni laboratóriuma az abszolút nulla fokhoz képest, egy fok egymilliárdod részén belülre hűtötte le a molekulákat, az erőteljes lézer-sorral megfelelőképp dokumentálva is a reakció lefolyását.

Ultrahideg kémia

A molekulák rendkívül alacsony hőmérsékletre történő lehűtését ultrahideg kémiának is nevezhetjük, és ez nem csak lelassítja a részecskéket, hanem lehetővé teszi azok manipulálását is olyan módokon, ahogy magasabb hőmérsékleten lehetetlen lenne. A molekulák alapvetően hipotermikus kómában vannak, amely a lehető legalacsonyabb sebességre csökkenti mozgásukat.

A szilárd anyagok félrevezetnek minket azzal, hogy azt a látszatot keltik, a bennük lévő részecskék nem aktívak, de a szilárdság és a folyékonyság általában maguk is csupán kémiai reakciók eredményei. A jégkocka belsejében a molekulák lassabban mozognak, mint folyékony vízben és gőzben, de továbbra is nagyon-nagyon gyorsan mozognak azzal összevetve, amit a Harvardi laboratórium csak a közel nulla Kelvin fok környékén fellépő „kvantum-kúszásnak” hív.

Valószerűtlen kapcsolatok

Ni arra használta az ultrahideg kémiát, hogy a DNS-manipulációból már ismert de facto Crispr-szerű molekula szerkesztést valósítson meg, lehetetlen párokat kombinálva egymással, amelyek az extrém hideg miatt nem képesek kifejteni megszokott ellenállásukat a kötések létrejötte ellen. Ez már önmagában is rendkívüli, ám a Ni laboratóriumában a tudósok rájöttek, hogy valami egyéb csodálatos is történik a szemeik előtt:

A megszokott „előtte” és „utána” állapotok helyett,  - ahol a molekulák először különálló állapotot mutattak, majd összekapcsolódott állapotot vettek fel, - a történelemben először, végignézhették, hogy mi történik a két állapot között, hogyan zajlik le maga a folyamat.

Ez az új tudás a jövőbeli kutatásokban információt szolgáltat majd arról, hogyan kombinálódnak és válnak szét a molekulák. Mind a szétválás megfigyelését, mind a molekulák manipulálását az ultrahideg kémia teszi lehetővé, amely a kémiai reakciót a másodperc trilliomod részéről egy hatalmas, kényelmes ugrással  egy milliomodra vagy annál is hosszabbra lassítja.

Megáll az idő

A kutatók mikroszekundumokkal - a másodperc milliomod részeivel - dolgozva azonos lézerteljesítmény mellett nagy mértékben megnövekedő adatmennyiséget képesek dokumentálni a reakcióról. Egy mikroszekundum egymilliószor hosszabb idő, mint ami a természetben előforduló kémiai reakciók, kémiai kötési folyamatához (fázisához) szükséges.

Képzeljük el a megértéshez, hogy ha - egy a cikkünkben szereplő hőmérsékletű, nagyon hideg helyiségben  - tüsszentünk, a fél másodperces tüsszentés 139 óra hosszúra nyúlik el.

Megszólalhat a kvantum csendje

A Ni kutatócsoportja érthetően izgatottan várja, hogy miben segíthet még az abszolút nulla fok közeli környezet. A tudomány majd minden területén izgalmas lehetőség ez, de leginkább talán a kvantumfizikában, ahol eddigi méréseink során mindig az a benyomás keletkezett, hogy néhány dolog valahogy egyszerre történik meg.

Valóban ez lenne a helyzet, vagy a láthatóvá tett, egytrilliárdod másodperces időablakban már láthatóvá válik, hogy a dolgok mégsem egyszerre történnek?

Ha elegendő mértékben lelassítjuk a részecskéket, vajon meg tudjuk határozni, miért változtatja meg saját megfigyelésünk a mérési eredményeiket, vagy akár ki is küszöbölhetjük ezt a hatást? És mit jelenthet majd ez az új hatalom az izotópok megváltoztatásában, az új molekulák előállításában? A lehetőségek korlátlanok!

Ni és csapata a Science tudományos folyóiratban tették közzé eredményeiket és ahogy a tanulmány vezető szerzője, Ming-Guang Hu összefoglalta: „E technika nélkül, e kutatás nélkül még csak nem is gondolkodhatunk ezekről a kérdésekről.”

A tanulmány kutatás anyaga angol nyelven letölthető, itt (PDF).

(Forrás: PopularMechanics Képek: Needpix, Flickr, Harvard)


Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.