Cuando las sustancias químicas saltan a nuestro antojo
El doctor Matthias Kübel, de la Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, ha realizado avances relevantes en el uso de láseres para la investigación de reacciones químicas durante el proyecto de la Unión Europea ATTOCHEM. Respaldado por el programa Marie Curie, el doctor Kübel pasó dos años en un centro del Consejo Nacional de Investigación (NRC) de Canadá en Ottawa investigando electrones y núcleos funcionales en reacciones fotoquímicas, es decir, reacciones desencadenadas por la absorción de luz. También examinó formas de manipular moléculas. El doctor Kübel cree que su investigación ayuda en la búsqueda de una mejor comprensión del movimiento de los electrones en reacciones fotoquímicas como la fotosíntesis de las plantas, el daño en el ADN y el proceso de visión en el ojo humano. Una mejor comprensión podría contribuir a poder controlar esas reacciones químicas y, por lo tanto, a avances en la inhibición del daño en el ADN, que puede favorecer la aparición de cáncer, o en el desarrollo de nuevas fuentes de energía renovables. El investigador explica: «Una biomolécula puede ser vista como una pequeña máquina que cumple una determinada función. Las máquinas se activan cuando uno (o varios) de sus electrones se excitan, lo que conduce al movimiento de los electrones que genera una corriente dentro de la molécula». «Hasta ahora, hemos sido capaces de visualizar la estructura de nuestras pequeñas máquinas, pero las oportunidades de ver cómo funcionan realmente han sido escasas». En el laboratorio del NRC, el doctor Kübel desarrolló un método para observar esas pequeñas máquinas en funcionamiento y obtener imágenes de la dinámica electrónica y nuclear subyacente a reacciones químicas rápidas. Esto constituye un gran logro, ya que los electrones se mueven muy rápido, típicamente en el orden de los femtosegundos o incluso los attosegundos (0,000000000000000001 segundos). La relación entre un attosegundo y un segundo es similar a la proporción entre un segundo y la edad del universo. En su trabajo, el doctor Kübel desarrolló un nuevo tipo de cámara de compensación óptica que permite realizar mediciones en el orden de los attosegundos del movimiento de los electrones en campos láser intensos. El investigador bautizó este método como técnica STIER. Las escalas temporales más pequeñas de la naturaleza Una cámara de compensación óptica convencional presenta un par de placas sobre las que se aplica un voltaje que cambia rápidamente. El voltaje variable se utiliza para propagar una señal dependiente del tiempo en un detector sensible a la posición, lo que permite el mapeo en el espacio-tiempo. Sin embargo, esta no era lo suficientemente rápida para los propósitos del doctor Kübel, por lo que reemplazó el voltaje variable por un campo láser infrarrojo. «El campo eléctrico varía de manera controlada más de mil veces más rápido de lo que se puede lograr con la electrónica convencional», comenta Kübel. Esto le permitió mapear la dependencia temporal de la ionización de campo eléctrico intenso en la velocidad final de los fotoelectrones y, a continuación, los midió con un espectrómetro de fotoelectrones a fin de obtener mediciones en el orden de los attosegundos. Además de observar las moléculas en movimiento, ATTOCHEM demostró que la técnica STIER podría constituir un modo de modificar transitoriamente la forma en que se mantiene unida una molécula. El doctor Kübel dice: «Podemos manipular para qué geometrías se separa una molécula y para cuáles no. Llevamos a cabo este procedimiento para la molécula de hidrógeno, que es muy sencilla, y los resultados son bastante sorprendentes y muy diferentes de lo que se ha observado con anterioridad». El investigador también empleó su método para dividir selectivamente los enlaces en el gas acetileno. El doctor Kübel está entusiasmado con la idea de continuar su investigación sobre moléculas más complejas en Alemania: «Desarrollar nuevas sustancias químicas y revelar nuevas rutas de reacción aplicando luz láser es el sueño de un control coherente».
Palabras clave
ATTOCUEM, electrones, moléculas, cámara de compensación óptica, reacciones químicas, ADN, fotosíntesis
