Los rayos X, la nueva cámara para filmar la vida minúscula de los átomos

Una investigación dirigida por el español Antonio Picón ha logrado ver cambios en moléculas muy pequeñas y en tiempo real gracias a los rayos X.

El cine es una elegante mentira en la que una sucesión de imágenes fijas crea una ilusión de movimiento.

Para que esa sensación no se desvanezca, es fundamental que se alcancen por lo menos los 20 fotogramas por segundo. De lo contrario, la imagen comenzará a dar tirones y el ojo se perderá importantes detalles.

En el minúsculo e íntimo mundo de las moléculas, no es posible usar una cámara de video para ver qué está pasando, pero lo más habitual es aprovecharse de la luz, en algunas de sus formas, para «palpar» los átomos.

Un estudio publicado en «Nature Communications» y realizado por el equipo del investigador español Antonio Picón, ha dado un paso más allá en este sentido.

Gracias a una novedosa técnica, ahora será posible «filmar» lo que ocurre en las moléculas cuando son bombardeadas por rayos X.

La técnica permite registrar, con una fluidez nunca vista, los cambios que ocurren en los átomos cuando se producen reacciones químicas.

«Esta técnica permite ver cambios en moléculas muy pequeñas y en tiempo real», ha explicado Antonio Picón, investigador en el Laboratorio Nacional Argonne, en Chicago, Estados Unidos.

«En el futuro, podríamos hacerlo con a moléculas mayores, como moléculas fotosintéticas (usadas por bacterias y plantas para absorber luz y pasar esa energía a otros lugares), proteínas o incluso antígenos (importantes para virus y anticuerpos).

En general, esta técnica permite estudiar procesos muy rápidos».

Los átomos son aún un misterio por resolver, pero de forma sencilla, se podría decir que son como un Sistema Solar en miniatura que está formado por un núcleo en torno al que giran electrones a velocidades de vértigo.

Hay varias capas de estos electrones, al igual que hay varias capas en las que orbitan los planetas. Pues bien, cuando estos átomos reaccionan, esos planetas saltan de un sitio a otro y son intercambiados.

Gracias a la técnica presentada en el estudio de «Nature Communications», los científicos pueden seguir las transformaciones de los átomos.

El problema es que los cambios que sufren los electrones se producen a velocidades increíbles, y más cuanto más cerca del núcleo estén.

«Estos fenómenos ocurren en un tiempo del orden de attosegundos.

Un attosegundo (de atto) es una unidad de tiempo equivalente a la trillonésima parte de un segundo.

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Por eso, una «cámara» que se precie debe ser capaz de tomar imágenes a un ritmo similar para poder captar el movimiento.

Para eso, se emiten dos pulsos de rayos X separados por un tiempo también minúsculo, unas 1.000 veces mayor que los attosegundos de los electrones.

Además, estos pulsos de rayos X tienen una frecuencia, o sea, un color, que está coordinado con los electrones que se quiere observar.

Si bien los electrones se escapan al escrutinio de los investigadores, porque se mueven muy rápido, sí que se pueden ver los movimientos de los núcleos.

En esta investigación, de hecho, el equipo de Picón pudo registrar la explosión de una molécula de fluoruro de xenón (o sea, una molécula que resulta de la unión de un átomo de xenón unido a dos átomos de flúor) tras recibir el impacto de los rayos X sobre algunos de us electrones.

Así, pudieron registrar la liberación de nuevos electrones y de iones, como si fueran «fragmentos de metralla» resultantes del choque de energía.

Mirar tan de cerca a la materia es extremadamente interesante, pero también extremadamente complejo.

Para hacer esta investigación, los científicos han tenido que usar el LCLS (Linac Coherent Light Source), una fuente de luz que consiste en un largo tubo en el que se aceleran de una forma muy concreta a algunos electrones para que estos emitan rayos X.

En teoría, ajustando este acelerador para emitir rayos X con la energía y con la frecuencia apropiadas, se puede bombardear a distintos tipos de átomos para tratar de registrar los cambios estructurales de las moléculas.

Próximamente, el LCLS será ampliado y ganará mayor capaciad de resolución, con lo que quizás se pueda obtener una película fluida sobre la vida íntima no solo de los núcleos sino también de los electrones.

Lo cierto es que solo por mirar desde muy cerca, comienzan a verse cosas interesantes.

Aquellos electrones que saltan de un átomo a otro dentro de una molécula, resultan estar muy separados.

Aún así, electrones separados de sus núcleos podrían seguir entrelazados a estos o estar en varios sitios al mismo tiempo.

«Quedan muchas preguntas en el tintero», ha confesado Antonio Picón. Por eso sigue siendo el momento de tener curiosidad e investigar qué pasa dentro de la materia.

Fuente: ABC