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)


Így lettek a szexuális játékszerekből digitális kütyük
Így lettek a szexuális játékszerekből digitális kütyük
Lassan már senkit sem lep meg, hogy egy intim segédeszköznek legalább olyan jól kell tudnia csatlakoznia a wifihez vagy egy telefonhoz, mint a viselőjéhez, használójához.
Az óceánok mélyén mérgező tengeri nyuszik élnek
Az óceánok mélyén mérgező tengeri nyuszik élnek
A Jorunna Parva valójában egy tengeri csiga fajta, melynek kémiai vegyületeket detektáló antennái nyuszifülekre hasonlítanak. Az apró, két centiméteres élőlények étrendjüknek köszönhetően rendkívül mérgezőek és mindössze néhány hónapig élnek.
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.