Elettroni lenti per reazioni più efficienti

Il team internazionale di ricercatori voleva in realtà rilevare un misterioso oggetto chimico: un dielettrone in soluzione. Questo è costituito da due elettroni. A differenza di un atomo, non ha un nucleo. Finora gli scienziati non sono stati in grado di rilevare direttamente tali oggetti. Mentre i ricercatori, guidati dalla professoressa Ruth Signorell dell'ETH, stavano studiando questi dielettroni, hanno accidentalmente scoperto un nuovo processo che può essere utilizzato per produrre elettroni a movimento lento. Ciò consente di mettere in moto alcune reazioni chimiche.

I dielettroni non sono stabili. Decadono in due elettroni in meno di un trilionesimo di secondo. Come i ricercatori sono riusciti a dimostrare, uno di essi rimane al suo posto mentre l'altro si allontana con una bassa energia, cioè relativamente lentamente. La particolarità del nuovo metodo è che gli scienziati possono controllare l'energia cinetica di questo elettrone e quindi la sua velocità.

Il dielettrone occupa una cavità

Ma prima di tutto: Per formare i dielettroni, i ricercatori hanno sciolto il sodio in ammoniaca (liquida) e lo hanno irradiato con luce UV. L'irradiazione fa sì che un elettrone di una molecola di ammoniaca si unisca a un elettrone di un atomo di sodio, formando così un dielettrone. Questo occupa temporaneamente una piccola cavità nel liquido. Dopo il decadimento, uno degli elettroni si muove a una velocità che dipende dalla lunghezza d'onda della luce UV usata in precedenza, come i ricercatori sono riusciti a dimostrare. "L'energia della radiazione UV viene parzialmente trasferita all'elettrone", spiega Signorell.

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo hanno svolto questo lavoro insieme a ricercatori dell'Università di Friburgo in Brisgovia, del sincrotrone Soleil vicino a Parigi e dell'Università di Auburn negli Stati Uniti.

Indagine sui danni da radiazioni

Questi elettroni a bassa energia cinetica sono interessanti per diversi motivi: Uno di questi è che gli elettroni lenti causano danni da radiazioni nei tessuti umani. Gli elettroni in movimento possono essere prodotti nei tessuti, ad esempio a causa di raggi X o radiazioni radioattive. Possono poi attaccarsi alle molecole di DNA e innescare reazioni chimiche. Se questi elettroni lenti possono essere generati più facilmente in laboratorio, i meccanismi che portano al danno da radiazioni possono essere studiati meglio.

Tuttavia, non solo nel corpo, ma anche in generale, molte reazioni chimiche vengono messe in moto quando un composto accetta un elettrone libero. Un esempio è la produzione sintetica di cortisone e altri steroidi.

Se ora è possibile produrre elettroni lenti direttamente in un liquido in modo relativamente semplice utilizzando la luce UV e anche regolare l'energia degli elettroni, allora tali reazioni potranno essere studiate meglio in futuro. E forse potranno anche essere ottimizzate dai chimici usando la luce UV, per esempio, per dare agli elettroni un po' più di energia cinetica.