La luce è il modo più veloce per distinguere le molecole chirali destrorse e levogire, che ha importanti applicazioni in chimica e biologia. Però, la luce ordinaria percepisce solo debolmente la manualità molecolare. Ricercatori del Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI), l'Israel Institute of Technology (Technion) e la Technische Universitaet Berlin (TU Berlin) riportano ora un metodo per generare e caratterizzare la luce chirale sintetica, che identifica eccezionalmente distintamente la manualità delle molecole. I risultati del loro lavoro congiunto sono appena apparsi in Fotonica della natura .

Come le mani sinistra e destra, alcune molecole in natura hanno gemelli speculari. Però, mentre queste molecole gemelle possono sembrare simili, alcune delle loro proprietà possono essere molto diverse. Ad esempio, la manualità - o chiralità - delle molecole gioca un ruolo essenziale in chimica, biologia, e sviluppo di farmaci. Mentre un tipo di molecola può curare una malattia, il suo gemello specchio, o enantiomero, può essere tossico o addirittura letale.

È estremamente difficile distinguere le molecole chirali opposte perché sembrano identiche e si comportano in modo identico a meno che non interagiscano con un altro oggetto chirale. La luce è stata a lungo utilizzata per rilevare la chiralità:le oscillazioni del campo elettromagnetico disegnano un'elica chirale nello spazio lungo la direzione di propagazione della luce. A seconda che l'elica ruoti in senso orario o antiorario, l'onda luminosa è destrorsa o mancina. Però, il passo dell'elica, impostato dalla lunghezza d'onda della luce, è circa 1000 volte più grande della dimensione di una molecola. Quindi l'elica di luce è un cerchio gigantesco rispetto alle minuscole molecole, che difficilmente reagiscono alla sua chiralità.

Un modo innovativo per aggirare questo problema proposto da MBI, Scienziati Technion e TU Berlin, consiste nel sintetizzare un nuovo tipo di luce chirale che disegna una struttura chirale nel tempo in ogni singolo punto dello spazio. "La manualità di questa nuova luce può essere sintonizzata in modo tale che un enantiomero interagirà attivamente con essa ed emetterà una luce brillante in risposta, mentre l'enantiomero opposto non interagirà affatto con esso, " spiega il dottor David Ayuso, Ricercatore MBI e primo autore dell'articolo.

Gli scienziati hanno descritto matematicamente questa nuova luce chirale e hanno testato il loro modello simulando come interagisce con le molecole chirali. Per di più, hanno mostrato come creare tale luce in un laboratorio, fondendo due raggi laser convergenti che trasportano onde luminose di due frequenze diverse. Sintonizzando lo sfasamento tra le diverse frequenze, gli scienziati possono controllare la manualità di questa luce chirale sintetica e quindi selezionare il tipo di molecola con cui interagirà fortemente.

"La luce chirale sintetica è descritta da proprietà di simmetria intrinseca completamente nuove per i campi elettromagnetici, che è molto eccitante, "dice Ofer Neufeld, un dottorato di ricerca studente presso il Dipartimento di Fisica del Technion, secondo (pari contributo) autore del paper.

I ricercatori prevedono una varietà di potenziali applicazioni del nuovo metodo in chimica e biologia. Per esempio, la luce chirale sintetica potrebbe consentire ai ricercatori di monitorare le reazioni chimiche chirali in tempo reale o rilevare l'interruttore nella manualità delle molecole. "Speriamo anche di utilizzare questo nuovo approccio per separare le molecole spazialmente con la mano opposta utilizzando laser ultraveloci, " afferma la Prof.ssa Dott.ssa Olga Smirnova, professore alla TU di Berlino e capo di un gruppo di teoria MBI.