Esplorando il mistero della manualità molecolare in natura, gli scienziati hanno proposto un nuovo schema sperimentale per creare molecole specchio su misura per l'analisi. La tecnica può far ruotare le molecole ordinarie così velocemente da perdere la loro normale simmetria e forma e formare versioni speculari l'una dell'altra. Il team di ricerca di DESY, L'Universität Hamburg e l'University College London guidati da Jochen Küpper descrivono il metodo innovativo nella rivista Lettere di revisione fisica . L'ulteriore esplorazione della manualità, o chiralità (dal greco antico per mano, "cheir"), non solo migliora la comprensione del funzionamento della natura, ma potrebbe anche aprire la strada a nuovi materiali e metodi.

come le tue mani, molte molecole in natura esistono in due versioni che sono immagini speculari l'una dell'altra. "Per ragioni sconosciute, la vita come la conosciamo sulla Terra preferisce quasi esclusivamente proteine ​​levogire, mentre il genoma è organizzato come la famosa doppia elica destrorsa, " spiega Andrey Yachmenev, che guidano questo lavoro teorico nel gruppo di Küpper presso il Center for Free-Electron Laser Science (CFEL). "Da più di un secolo, i ricercatori hanno svelato i segreti di questa manualità in natura, che non riguarda solo il mondo vivente:le versioni speculari di alcune molecole alterano le reazioni chimiche e cambiano il comportamento dei materiali." Ad esempio, la versione destrorsa del caravone (C ₁₀ h ₁₄ O) conferisce al cumino il suo gusto caratteristico, mentre la versione per mancini è un fattore chiave per il gusto della menta.

manualità, o chiralità, si trova in natura solo in alcuni tipi di molecole. "Però, può essere indotto artificialmente nelle cosiddette molecole simmetriche-top, " afferma il coautore Alec Owens del Center for Ultrafast Imaging (CUI). "Se queste molecole vengono agitate abbastanza velocemente, perdono la loro simmetria e formano due forme speculari, a seconda del loro senso di rotazione. Finora, si sa molto poco di questo fenomeno di chiralità indotta dalla rotazione, perché difficilmente esistono schemi per la sua generazione che possano essere seguiti sperimentalmente."

Il team di Küpper ha ora escogitato computazionalmente un modo per ottenere questa chiralità indotta dalla rotazione con parametri realistici in laboratorio. Utilizza impulsi laser a forma di cavatappi noti come centrifughe ottiche. Per l'esempio della fosfina (PH ₃ ) i loro calcoli quantomeccanici mostrano che a velocità di rotazione di trilioni di volte al secondo il legame fosforo-idrogeno attorno al quale ruota la molecola diventa più corto degli altri due di questi legami, e a seconda del senso di rotazione, emergono due forme chirali di fosfina. "Utilizzando un forte campo elettrico statico, è possibile selezionare la versione mancina o destrorsa della fosfina rotante, " spiega Yachmenev. "Per ottenere ancora la rotazione unidirezionale ultraveloce, il laser cavatappi deve essere messo a punto, ma a parametri realistici."

Questo schema promette un percorso completamente nuovo attraverso lo specchio nel mondo dello specchio, poiché in linea di principio funzionerebbe anche con altri, molecole più pesanti. Infatti, questi richiederebbero effettivamente impulsi laser e campi elettrici più deboli, ma erano troppo complesse per essere risolte in queste prime fasi dell'indagine. Però, poiché la fosfina è altamente tossica, tali molecole più pesanti e anche più lente sarebbero probabilmente preferite per gli esperimenti.

Il metodo proposto potrebbe fornire molecole specchio su misura, e lo studio delle loro interazioni con l'ambiente, ad esempio con luce polarizzata, dovrebbe aiutare a penetrare ulteriormente i misteri della manualità in natura ed esplorare il suo possibile utilizzo, si aspetta Küpper, che è anche professore di fisica e di chimica all'Universität Hamburg:"Facilitare una comprensione più profonda del fenomeno della manualità in questo modo potrebbe anche contribuire allo sviluppo di molecole e materiali su misura basati sulla chiralità, nuovi stati della materia, e il potenziale utilizzo della chiralità indotta dalla rotazione in nuovi metamateriali o dispositivi ottici".