Un gran avance en la investigación de moléculas quirales abre nuevos horizontes a la ciencia
En un estudio titulado "Selección quiral casi completa en estados cuánticos rotacionales", publicado en Nature Communications, el Grupo de Moléculas Controladas del Departamento de física molecular del Instituto Fritz Haber ha dado un importante paso adelante en el campo de las moléculas quirales. El equipo, dirigido por la Dra. Sandra Eibenberger-Arias, logró una separación casi completa en los estados cuánticos de estos componentes esenciales de la vida.
© FHI
Este descubrimiento desafía las suposiciones previas sobre los límites prácticos del control cuántico de los estados de las moléculas quirales y allana el camino para nuevas direcciones de investigación en física molecular y más allá.
Las moléculas quirales, que existen como dos versiones especulares no superponibles llamadas enantiómeros, similares a nuestras manos izquierda y derecha, son fundamentales para la vida. La capacidad de controlar estas moléculas y sus estados cuánticos tiene profundas implicaciones, desde la separación espacial de los enantiómeros en la fase gaseosa hasta la comprobación de hipótesis sobre los orígenes de la homociralidad de la vida, es decir, la preferencia de una imagen especular sobre la otra en los sistemas biológicos.
Hasta ahora, la comunidad científica creía que el control perfecto de los estados cuánticos de estas moléculas era teóricamente posible pero prácticamente inalcanzable. Sin embargo, el equipo del Instituto Fritz Haber ha demostrado lo contrario. Creando unas condiciones experimentales casi ideales, han demostrado que se puede alcanzar una pureza del 96% en el estado cuántico de un enantiómero (una de las dos imágenes especulares), con sólo un 4% del otro, acercándose significativamente al objetivo del 100% de selectividad.
Este avance fue posible gracias al uso de campos de microondas a medida combinados con radiación ultravioleta, lo que permitió un control sin precedentes sobre las moléculas. En el experimento, un haz de moléculas, con sus movimientos rotacionales suprimidos en su mayor parte (enfriadas a una temperatura rotacional de aproximadamente 1 grado por encima del cero absoluto), atraviesa tres regiones de interacción en las que se expone a radiación ultravioleta y de microondas resonante. Como resultado, y marcando un avance significativo en los experimentos con haces moleculares, los estados cuánticos rotacionales elegidos contienen casi exclusivamente el enantiómero seleccionado de una molécula quiral.
El nuevo experimento abre nuevas posibilidades para estudiar efectos fundamentales de la física y la química en los que intervienen moléculas quirales. El método del equipo ofrece una nueva vía para explorar la violación de la paridad en moléculas quirales, un fenómeno predicho por la teoría pero que aún no se ha observado experimentalmente. Esto podría tener profundas implicaciones para nuestra comprensión de las (a)simetrías fundamentales del universo.
En esencia, este estudio demuestra que es posible lograr una transferencia de estado casi completa y específica para cada enantiómero, y que este método puede aplicarse a la gran mayoría de las moléculas quirales. Se espera que este descubrimiento abra nuevas e importantes oportunidades en la física molecular, incluyendo nuevos enfoques de investigación y aplicaciones potenciales.
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