Хиральные молекулы
Суть исследования о хиральных молекулах заключается в следующем — подается стартовый сигнал, и два электрона ускоряются в противоположных направлениях. Победитель всего на семь аттосекунд (7×10-18 секунд) впереди. Разница настолько мала, что до сих пор её невозможно было измерить. Тем не менее, это различие вызвано хиральностью, отличительной чертой молекул, которые испускают электроны. Международная группа исследователей (INRS (Национальный институт научных исследований, Франция) / CNRS (Национальный центр научных исследований, Франция) / CEA (Комиссия по альтернативной и атомной энергии Франции) / UPMC (Университет Пьера и Марии Кюри) / Университет Бордо / Институт Вейцмана) произвела это невероятно точное измерение, направив сверхбыстрый лазерный луч на молекулы камфоры. Теоретические уравнения предсказывали результат, но, как объясняет один из авторов исследовательской статьи, опубликованной в журнале Сайнс (Science) 8 декабря 2017 года, никто до сих пор не мог это доказать.
Что такое хиральность
Можно получить неплохое представление о том, что такое хиральность. Для этого наденьте правую перчатку на левую руку. Вы увидите, что это две одинаковые формы, которые нельзя наложить друг на друга, потому что они являются зеркальным отображением друг друга. Это довольно распространенное явление в нашей вселенной, от мельчайших частиц до огромных галактик.
Несмотря на то, что физические характеристики хиральных молекул одинаковы, живые организмы обычно используют только одну из форм, например, в ДНК или аминокислотах. Существует множество возможных причин существования «гомохиральности жизни», и нет единого однозначного ответа. Однако последствия существования этого явления колоссальны. Например, в фармакологии, где две зеркальные формы хиральной молекулы могут иметь очень разные терапевтические свойства.
Иллюстрация 3D модели молекулы (иллюстрация из базы данных)
Автор: © artemegorov / Fotolia
Чтобы обнаружить скрытые свойства зеркальных молекул в этом исследовании, ученые изучили их фото ионизацию. А именно то, как они испускают электроны под действием лазерного луча. Луч, излучаемый сверхбыстрым лазером в Центре мощных лазерных технологий (Centre lasers intenses et applications CELIA, CNRS/Университет Бордо/CEA) в Бордо, был циркулярно поляризован и направлен на молекулы камфоры. Появлялось спиралевидное электромагнитное поле с возможностью изменения его направления. При этом эмитируемые хиральной молекулой электроны так же имели спиралевидную траекторию.
В какую сторону быстрее?
Газообразные молекулы камфоры ориентированы случайным образом. Поэтому лазерный луч не всегда попадает в хиральную молекулу с одной и той же стороны. Поэтому электроны испускаются в разных направлениях. Тем не менее, в отдельно взятой ситуации, больше электронов испускается либо в том же, либо в противоположном направлении, что и само поле, в зависимости от направления поляризации, точно так же, как гайка поворачивается в ту или иную сторону в зависимости от того, в каком направлении повернут гаечный ключ.
Сэмюэль Болье, аспирант на факультете энергетики и материалов, под руководством INRS и Университета Бордо, совместно с коллегами исследовал источник этого явления, очень точно измерив такую эмиссию электронов. Исследование позволило подтвердить, что больше электронов испускается в одном направлении, а также было обнаружено, что они эмитируются на семь аттосекунд быстрее, чем в противоположном направлении. Таким образом, реакция молекулы камфоры, ионизированной циркулярно поляризованным лучом, является асимметричной.
Асимметричная ионизация хиральных молекул является одним из возможных объяснений гомохиральной природы живых организмов. Эксперимент Сэмюэля Болье уловил первые несколько аттосекунд процесса, который в течение миллиардов лет эволюции мог привести к преимуществу определенных левосторонних или правосторонних молекул в химии жизненных процессов. Потребуются последующие фундаментальные открытия, подобные этому, прежде чем мы поймем всю последовательность процессов, которые происходят в аттосекундах.
Перевод
Дата: 7 декабря 2017
Источник: Национальный институт научных исследований (Institut national de la recherche scientifique – INRS)
Материал переведен и подготовлен Командой «ПравоНалево»
Перепечатка материала возможна только при указании прямой ссылки на страницу материала и упоминании в тексте материала:
Клуб левшей «ПравоНалево»
Основатель клуба — Елена Боева
propravonalevo.com
