Il matrimonio combinato tra due atomi

Utilizzando speciali pinzette laser, alcuni scienziati sono riusciti a obbligare due atomi a legarsi e formare una singola molecola, nella reazione chimica più precisa e controllata mai realizzata.

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La collisione tra due atomi in una illustrazione scientifica.|Shutterstock

Per la prima volta, un gruppo di scienziati e ingegneri ha intrappolato e forzato due atomi a formare una molecola, organizzando un incontro mirato senza il coinvolgimento di altre sostanze - in pratica, senza bisogno di allestire una reazione chimica ad hoc. Il lavoro è descritto su Science.

 

Di norma, le molecole si ottengono a partire da collisioni tra atomi, che creano nuovi legami e ne infrangono altri, dando origine, tra i vari prodotti finali, anche alle combinazioni desiderate. Il processo è però caotico e impreciso: si immettono grandi quantità di atomi in un sistema alle giuste condizioni, e la probabilità fa il resto del lavoro.

Incontro combinato. Per superare questo caos chimico, un team di ricercatori dell'Università di Harvard e dell'Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms ha deciso di agire "da Cupido", organizzando l'unione tra un atomo di cesio (Cs) e uno di sodio (Na). Questi atomi si trovano nello stesso gruppo della tavola periodica e hanno proprietà simili, pertanto non tendono, spontaneamente, a legarsi fino a formare molecole.

 

Al posto di arco e frecce, il team ha utilizzato pinzette ottiche (strumenti che generano impulsi laser altamente focalizzati) per afferrare i due atomi e raffreddarli fino a meno di un decimillesimo di grado sopra allo zero assoluto (-273,15 °C), rallentando così il loro moto individuale. Quindi i due impulsi laser sono stati avvicinati fino a sovrapporsi, consentendo ai due atomi di collidere, mentre un terzo laser emetteva un impulso luminoso per fornire una "spinta" energetica aggiuntiva, e facilitare la reazione.

 

L'apparato in cui è stata allestita la reazione chimica "forzata". | Lee Liu and Yu Liu

Il legame è avvenuto e la molecola di NaCs si è - seppur per breve tempo - formata: un risultato importante, che dimostra che anche un impulso laser può servire da catalizzatore in una reazione chimica. Il prossimo passo sarà provare a combinare i due atomi in uno stato fondamentale, non elettricamente eccitato, per formare molecole più stabili.

 

A che serve? Intanto però le particolari proprietà elettriche della NaCs - un dipolo molecolare, ossia una molecola con distribuzione disomogenea delle cariche elettriche - potrebbero costituire le basi per un nuovo tipo di qubit (da quantum bit, unità di informazione quantistica). In pratica, la base dei più efficienti e veloci computer di domani.

Inoltre, lo stesso procedimento potrebbe essere sfruttato per studiare le reazioni chimiche in ambienti più controllati, e osservare il comportamento di singole molecole isolate.

 

 

18 Aprile 2018 | Elisabetta Intini