Επιστήμονες στη Γερμανία -μεταξύ των οποίων ένας Έλληνας- χρησιμοποίησαν παλμούς φωτός λέιζερ για να κινηματογραφήσουν για πρώτη φορά την ταχύτατη περιστροφή ενός μορίου. Η «μοριακή ταινία» κατέγραψε σε μόλις 125 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μιάμιση περιστροφή του μορίου του σουλφιδίου του καρβονυλίου.
Οι ερευνητές του ερευνητικού κέντρου DESY, του Ινστιτούτου Μαξ Μπορν του Βερολίνου και του Πανεπιστημίου του Αμβούργου, με επικεφαλής τον καθηγητή Γιόχεν Κίπερ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature Communications». Πρώτος συγγραφέας της μελέτης ήταν ο ελληνικής καταγωγής διδακτορικός ερευνητής Ευάγγελος Καραμάτσκος.
«Η μοριακή φυσική ονειρευόταν εδώ και πολύ καιρό να συλλάβει σε φιλμ την αστραπιαία κίνηση των ατόμων στη διάρκεια δυναμικών διαδικασιών, κάτι καθόλου απλό», δήλωσε ο Κίπερ.
Πώς έγινε η καταγραφή της περιστροφής του μορίου
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δύο παλμούς υπέρυθρου λέιζερ που είχαν χρονιστεί με μεγάλη ακρίβεια για να απέχουν 38 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (πικοδευτερόλεπτα) ο ένας από τον άλλο, προκειμένου να θέσουν σε συγχρονισμένη περιστροφική κίνηση τα μόρια του σουλφιδίου του καρβονυλίου. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια ενός άλλου παλμού λέιζερ με μεγαλύτερο μήκος κύματος, προσδιόρισαν τη θέση των μορίων στο χώρο σε τακτά χρονικά διαστήματα ανά 0,2 πικοδευτερόλεπτα.
«Επειδή αυτός ο διαγνωστικός παλμός λέιζερ καταστρέφει τα μόρια, το πείραμα έπρεπε να ξεκινά από την αρχή κάθε φορά για κάθε νέα λήψη της κάμερας», δήλωσε ο Καραμάτσκος. Συνολικά, οι επιστήμονες τράβηξαν 651 διαδοχικές εικόνες, που κατέγραψαν μιάμιση περιστροφή του μορίου. Τελικά παρήχθη ένα φιλμ της μοριακής περιστροφής με διάρκεια 125 πικοδευτερολέπτων. Κάθε μόριο του σουλφιδίου του καρβονυλίου χρειάζεται περίπου 82 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (πικοδευτερόλεπτα) για να ολοκληρώσει μια πλήρη περιστροφή.
«Οι διαδικασίες που παρατηρούμε, κυβερνιούνται από την κβαντομηχανική. Σε αυτή την κλίμακα, τα πολύ μικρά αντικείμενα, όπως τα άτομα και τα μόρια, συμπεριφέρονται διαφορετικά από τα αντικείμενα που μας περιβάλλουν καθημερινά. Η θέση και η φορά ενός μορίου δεν μπορεί να προσδιοριστεί ταυτόχρονα με την μεγαλύτερη ακρίβεια. Μπορεί μόνο να υπολογίσεις μια πιθανότητα να βρεις το μόριο σε μια συγκεκριμένη θέση σε ένα συγκεκριμένο σημείο του χρόνου», ανέφερε ο Κίπερ.
Είναι χαρακτηριστικό ότι -εξαιτίας της κβαντικής συμπεριφοράς του- σε πολλά «καρέ» της ταινίας το μόριο φαίνεται να δείχνει όχι σε μία μόνο, αλλά σε πολλές ταυτόχρονα κατευθύνσεις, έχοντας διαφορετική πιθανότητα να στραφεί τελικά σε κάποια από αυτές.
Ελπιδοφόρα για το μέλλον η μέθοδός τους
Οι ερευνητές θεωρούν ότι η μέθοδος τους είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί επίσης σε άλλα μόρια και διαδικασίες. Οπως είπε ο Ε.Καραμάτσκος, απόφοιτος του Ελευθέρου και του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Βερολίνου, καθώς επίσης μεταπτυχιακός ερευνητής στο παρελθόν του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) της Κρήτης, «τραβήξαμε μια υψηλής ανάλυσης μοριακή ταινία της υπερταχείας περιστροφής του σουλφιδίου του καρβονυλίου ως πιλοτικό έργο. Το επίπεδο λεπτομέρειας που καταφέραμε να πετύχουμε, δείχνει ότι η μέθοδος μας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να παράγει πληροφοριακά φιλμ για τη δυναμική και άλλων διαδικασιών και μορίων».