Le reazioni chimiche coinvolgono necessariamente le molecole che si uniscono, e il modo in cui interagiscono può dipendere da come sono allineati l'uno rispetto all'altro. Conoscendo e controllando l'allineamento delle molecole, si può imparare molto su come avvengono le reazioni chimiche. Questa settimana in Il Giornale di Fisica Chimica , scienziati dell'Università di Aarhus in Danimarca e dell'Istituto di scienza e tecnologia in Austria segnalano una nuova tecnica per allineare le molecole utilizzando laser e goccioline molto fredde di elio.

Questo nuovo metodo allinea le molecole più nettamente di quanto sia possibile per le molecole essenzialmente isolate di quelle in fase gassosa. Ciò è dovuto al fatto che una molecola immersa in una gocciolina molto fredda condivide la stessa bassa temperatura della gocciolina stessa, solo 0,4 kelvin, o -272,75 gradi Celsius. Solo raramente è possibile ottenere temperature così basse per le molecole in fase gassosa, quindi questa tecnica promette di aprire un nuovo regime significativo per lo studio.

Il metodo utilizza una coppia di impulsi laser in quello che viene chiamato metodo pump-probe. Il primo impulso allinea la singola molecola una volta che è stata depositata in una gocciolina di elio. Il secondo impulso laser, l'impulso della sonda, viene utilizzato per determinare l'allineamento, facendo esplodere la molecola e separandola in ioni. Gli ioni volano via ad angoli specifici e possono essere rilevati utilizzando una fotocamera accoppiata a un computer.

"Essere in grado di controllare l'allineamento di grandi molecole non è un'impresa semplice, "Henrik Stapelfeldt dell'Università di Aarhus ha affermato:"perché man mano che le molecole crescono di dimensioni diventa sempre più difficile farle entrare nella fase gassosa e raffreddarle".

I ricercatori hanno studiato tre sistemi:molecole di iodio (I2), che hanno una semplice forma lineare di manubrio, e due molecole più complesse costituite da anelli di benzene con atomi di iodio o di bromo attaccati all'anello. In tutti e tre i casi, hanno ottenuto un forte allineamento di una singola molecola incorporata in una goccia di elio fredda con la tecnica a due impulsi.

Poiché I2 ha una forma lineare semplice, i ricercatori sono stati in grado di confrontare meglio i loro risultati sperimentali con le previsioni teoriche. Ciò ha rivelato che l'allineamento indotto dal laser delle molecole nelle goccioline di elio era essenzialmente identico a quello nella fase gassosa, fintanto che l'allineamento è stato fatto adiabaticamente, o gradualmente rispetto alle risposte delle molecole.

Per eseguire l'allineamento adiabatico, il primo impulso laser si accende più lentamente del periodo di rotazione intrinseco della molecola studiata. Ciò consente una molecola di iodio in rotazione libera, dire, per allinearsi fortemente con l'asse di polarizzazione del laser, più o meno allo stesso modo in cui l'ago di una bussola si allinea con il campo magnetico terrestre.

Gli studi futuri si concentreranno sull'allineamento di dimensioni maggiori, molecole più complesse in queste goccioline di elio freddo, consentendo agli scienziati di osservare lo svolgersi delle reazioni chimiche in tempo reale. Stapelfeldt ha spiegato che potrebbe essere possibile allineare molecole grandi come proteine.

"Le gocce di elio offrono possibilità uniche, " Egli ha detto, "per costruire complessi molecolari su misura, ampliando così la portata dei sistemi che possono essere studiati."