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Átomos contra moléculas para avanzar en el control químico a escala cuántica

En la escala de los átomos y las moléculas rigen las reglas de la mecánica cuántica, un entorno en el que surgen reacciones inesperadas y muy difícil de controlar. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Oxford han realizado un experimento, con átomos de argón chocando contra moléculas de óxido nítrico, que puede suponer un gran paso para lograrlo. Científicos españoles han presentado los cálculos computacionales que explican el proceso.

Esquema del experimento: los dos láseres chocan y se detecta dónde aparecen los productos. / Pablo García Jambrina

Investigadores de la Universidad de Oxford, la Universidad de Salamanca y la Universidad Complutense de Madrid han publicado un artículo en Nature Chemistry que supone dar un paso más hacia un control de las reacciones químicas a escala atómico-molecular, donde rigen las reglas de la mecánica cuántica. Los británicos han conseguido realizar un complicado experimento por medio de láseres en el que un átomo de argón (Ar) impacta en una molécula de óxido nítrico (NO) y los españoles han realizado los cálculos computaciones que lo explican.

Científicos británicos han realizado un experimento usando láseres para impactar átomos de argón contra moléculas de óxido nítrico, y los españoles han presentado los cálculos computaciones

“Hemos trabajado de forma independiente pero simultánea”, explica Pablo García Jambrina, investigador del Departamento de Química Física de la Universidad de Salamanca. En el experimento, los investigadores consiguen orientar la molécula de NO por medio de campos eléctricos y disparan contra ella un átomo de argón gracias al láser.

El objetivo es comprobar cuál es el resultado de la colisión, ver en qué dirección sale disparada la molécula, y cómo depende de la forma en la que el NO está orientado. “Es como tener un bolígrafo y lanzar una canica, el resultado del impacto dependerá de muchos factores, por ejemplo, de cómo esté orientado el boli”, comenta.

Ellos han conseguido detectar lo que ocurre al final del experimento, mientras que nosotros lo hemos podido reproducir por medio de cálculos y todo coincide, se trata de predecir cosas muy específicas, por ejemplo, por qué lado de la molécula va a atacar el átomo”, señala.

Aunque se trata de ciencia básica y su objetivo es aumentar el conocimiento, esta investigación puede contribuir a mejorar el control químico. “Si quiero que se produzca una reacción química y que dé lugar a unos determinados productos, hasta ahora nos limitamos a poner en contacto dos elementos, pero es difícil controlar todo lo que sucede”, indica Pablo García Jambrina.

Onda y partícula a la vez en el mundo cuántico

En este sentido, la materia a escala de los átomos y las moléculas no se comporta igual que a escalas mayores, por eso se distingue la física cuántica de la física clásica. “El comportamiento es diferente porque a escala cuántica una partícula puede ser también una onda”, indica el investigador. De hecho, puede haber reacciones inesperadas y el objetivo de los científicos es tratar de predecirlas.

Este científico zamorano realizó el trabajo, publicado en la revista Nature Chemistry, cuando trabajaba en la Universidad Complutense de Madrid, pero hace menos de un año se incorporó a la Universidad de Salamanca –por donde es egresado y doctorado– para desarrollar un nuevo proyecto gracias al Programa de Atracción del Talento Científico del Ayuntamiento de Salamanca.

Aunque sigue estudiando reacciones químicas a escala atómica, ahora lo hace en sistemas biológicos, lo que puede tener aplicación en el diseño de fármacos. “Es muy importante conocer cómo se comportan las proteínas, saber qué reacciones se producen y no actuar a ciegas si queremos actuar sobre un proceso”, asegura.

Efecto sobre la reactividad al chocar el átomo de Ar con los de O (línea roja) o N (azul) del NO. / Pablo García Jambrina

Referencia bibliográfica

"Side-impact collisions of Ar with NO". Cornelia G. Heid, Victoria Walpole, Mark Brouard, Pablo G. Jambrina & F. Javier Aoiz. Nature Chemistry (2019). https://doi.org/10.1038/s41557-019-0272-3

Fuente: DiCYT
Derechos: Creative Commons
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