Molti degli elementi costitutivi molecolari della vita hanno due versioni che sono immagini speculari l'una dell'altra, noti come enantiomeri. Sebbene apparentemente identici, i due enantiomeri possono avere un comportamento chimico completamente diverso, un fatto che ha importanti implicazioni nella nostra vita quotidiana. Per esempio, mentre una versione del composto organico carvone odora di menta verde, la forma dello specchio odora di semi di cumino. In farmacologia e nella progettazione di farmaci può essere essenziale essere in grado di distinguere tra i due enantiomeri e separarli se necessario, poiché le conseguenze possono cambiare la vita. Ad esempio, mentre un enantiomero dei beta-bloccanti mira selettivamente al cuore, l'altro agisce solo sulle membrane cellulari dell'occhio.

Ora, un gruppo di ricerca di DESY, L'Universität Hamburg e l'University College London hanno escogitato un nuovo approccio innovativo per separare le molecole specchio e così facendo hanno introdotto un nuovo quadro teorico per comprendere il fenomeno. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica . Le molecole che esistono in versioni speculari l'una dell'altra sono chiamate chirali dopo la parola greca antica per mano, riferendosi al fatto che la mano destra e sinistra sono versioni speculari l'una dell'altra. Per ragioni finora sconosciute, la vita spesso preferisce una versione:mentre le proteine ​​sono quasi sempre mancine, gli zuccheri sono solitamente destrorsi.

"Tradizionalmente, l'analisi chirale è stata limitata ai liquidi, ma stiamo assistendo a un crescente aumento dei metodi in fase gassosa poiché offrono una sensibilità molto maggiore, " dice lo scienziato DESY Andrey Yachmenev, autore principale dello studio. "La capacità di raffreddare i gas vicino allo zero assoluto ci offre un migliore controllo del nostro campione, e questo a sua volta può essere sfruttato per separare efficacemente gli enantiomeri e produrre rese più elevate di un enantiomero invece dell'altro".

Al centro del loro approccio c'è una configurazione laser appositamente progettata composta da una centrifuga ottica, un impulso laser a forma di cavatappi che può far girare le molecole a una velocità incredibile, oltre un trilione di volte al secondo. Quando combinato con un campo elettrico aggiuntivo, l'intera configurazione diventa chirale e i due enantiomeri si comportano in modo diverso, mostrando dinamiche quantistiche uniche.

"L'interazione del campo laser con una molecola chirale crea quello che chiamiamo diastereomero indotto dal campo, " spiega il coautore Emil Zak di DESY. I diastereomeri sono diverse configurazioni dello stesso composto che non sono versioni speculari l'uno dell'altro. Le caratteristiche distinte dei diastereomeri possono essere utilizzate per separare gli enantiomeri nello spazio. "È importante sottolineare che il nostro approccio è controllabile e possiamo aumentare la produzione di un enantiomero rispetto all'altro semplicemente modificando il tempo che le molecole trascorrono interagendo con il campo laser, " aggiunge il co-autore Alec Owens dell'University College di Londra.

Lo schema è stato dimostrato computazionalmente sulla molecola chirale prototipica ossido di propilene (C3H6O), che fu tra l'altro anche la prima molecola chirale organica complessa ad essere rilevata nello spazio interstellare. Sono ora in corso sforzi per eseguire esperimenti presso DESY e sfruttare le tecniche di deflessione elettrostatica introdotte nel gruppo di imaging molecolare controllato guidato da Jochen Küpper presso il Center for Free-Electron Laser Science CFEL, un'istituzione congiunta di DESY, Società Max Planck, e Universität Hamburg.

"La manipolazione delle molecole chirali in fase gassosa sta attraversando un periodo di entusiasmante sviluppo, sia per applicazioni pratiche utilizzate nell'industria, e per fornire nuove intuizioni su quello che è un aspetto fondamentale della natura, " dice Yachmenev. "L'origine della chiralità e della manualità della vita è uno dei grandi misteri, ma ci stiamo gradualmente avvicinando a una comprensione più profonda e completa".