Αδειάστε λίγη σόδα σε ένα ποτήρι με ξίδι, και θα παρατηρήσετε την έναρξη μίας χημικής αντίδρασης. Τα μόρια αρχίζουν ένα χαοτικό χορό, όπου αναπηδούν κι αλληλοχτυπιούνται. Το αποτέλεσμα είναι κρούσεις, που προκαλούν το χορό των μορίων καθώς και την επιβράδυνσή τους. Ο Ρίτσαρντ Ρίχαρτ παρουσιάζει τη διαδικασία: "Είναι όπως στο σταθμό αναμονής ενός αεροδρομίου, με συνωστισμό. Καθένας σπρώχνει τον άλλον. Και δεν μπορείτε να φτάσετε στην πύλη εξόδου. Αυτό το είδος κίνησης - κρούσεων υφίστανται στις χημικές αντιδράσεις".
Αδειάστε λίγη σόδα σε ένα ποτήρι με ξίδι, και θα παρατηρήσετε την έναρξη μίας χημικής αντίδρασης. Τα μόρια αρχίζουν ένα χαοτικό χορό, όπου αναπηδούν κι αλληλοχτυπιούνται. Το αποτέλεσμα είναι κρούσεις, που προκαλούν το χορό των μορίων καθώς και την επιβράδυνσή τους. Ο Ρίτσαρντ Ρίχαρτ παρουσιάζει τη διαδικασία: "Είναι όπως στο σταθμό αναμονής ενός αεροδρομίου, με συνωστισμό. Καθένας σπρώχνει τον άλλον. Και δεν μπορείτε να φτάσετε στην πύλη εξόδου. Αυτό το είδος κίνησης - κρούσεων υφίστανται στις χημικές αντιδράσεις".
Όμως ο καθηγητής χημείας Στρατ και οι συνεργάτες του από το πανεπιστήμιο της νότιας Καλιφόρνιας έχουν μείνει έκπληκτοι. Καθώς εντόπισαν ένα παράδειγμα μοριακής κίνησης σε μια χημική αντίδραση που πραγματικά αναιρεί τις κρούσεις. Αυτό το υπερταχύ μόριο, που κάνει επιβλητικές περιστροφές 270 τρισεκατομμυρίων ανά λεπτό, ωθεί κυριολεκτικά μακριά τα μόρια που το περιβάλλουν στο διαλύτη, ελαττώνοντας έτσι το μεγαλύτερο μέρος της προκύπτουσας δύναμης κρούσεων.
"Βρήκαμε μια περίπτωση όπου αυτό το μόριο περιστρέφεται τόσο γρήγορα ώστε τα μόρια γύρω από αυτό τοποθετούνται με τέτοιο τρόπο που προκαλούν εκμηδενισμό των κρούσεων", αναφέρει ο Στρατ. Και συνεχίζει: "Για να επιστρέψουμε στην αναλογία των αεροδρομίων, εντοπίσαμε τον αντιπαθητικό τύπο που σπρώχνει μέσα στο πλήθος προκειμένου να φτάσει πρώτος στο αεροπλάνο". Τα αποτελέσματα των πειραμάτων δημοσιεύονται στην επιστημονική επιθεώρηση Science, και προσθέτουν νέα δεδομένα στην επιστήμη σχετικά με τις παλιές ιδέες για τις μοριακές κίνηση και την ενεργειακή μεταφορά κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων. "Στις περισσότερες περιπτώσεις τα υγρά δεν συμπεριφέρονται με αυτό τον τρόπο. Οι βασικοί νόμοι της φυσικής προτείνουν ότι ο όσο γρηγορότερα κινείσαι, τόσο ευκολότερο είναι να επιβραδυνθείς. Και όταν σπρώχνετε κάτι με μεγάλη δύναμη, αυτό σας ωθεί προς τα πίσω. Όμως σε αυτή την περίπτωση, οι συγκεκριμένοι νόμοι δεν ισχύουν", καταλήγει ο Στρατ. Από την άλλη, ο Στέφεν Μπράντφορθ, χημικός στο πανεπιστήμιο της νότιας Καλιφόρνιας, είναι ειδικός στην υπερταχεία δυναμική των χημικών αντιδράσεων. Η ερευνητική ομάδα του Μπράντφορθ, επινόησε έναν έξυπνο τρόπο για να μελετήσει τα μόρια που περιστρέφονται γρήγορα μέσα στα υγρά. Μέτρησαν την ιδιοπεριστροφή διαπιστώνοντας πως το μόριο δεν φαίνεται να αλλάζει την κλίση σε απειροελάχιστους χρόνους που ουσιαστικά αποτελούν αιώνα για τις χημικές αντιδράσεις. Έτσι ο πειραματιστής Μπράντφορθ και ο θεωρητικός Στρατ αποφάσισαν να συνεργαστούν.
Με τη βοήθεια του μεταπτυχιακού φοιτητή στο εργαστήριο του Στρατ, Γκουόουα Τάο, δημιουργήθηκε μία προσομοίωση που μπορεί να εξηγήσει την αλλοπρόσαλλη συμπεριφορά του μορίου. Σύμφωνα με την προσομοίωση, η κλίση του μορίου άρχιζε να αλλάζει σχεδόν αμέσως λόγω των κρούσεων στο υγρό. Αλλά για το χρονικό διάστημα που χρειαζόταν ώστε να κάνει ένα τέταρτο της περιστροφή του, διασπώταν απαλλαγμένο από τα γειτονικά του μόρια κι εξακολουθούσε να περιστρέφεται σχεδόν χωρίς να συγκρούεται, για το απειροελάχιστο χρόνο που εντόπισε και ο Μπράντφορθ. Η προσομοίωση υποστηρίζει πως τα δύο άτομα απομακρύνουν τα περιβάλλοντα μόρια, δημιουργώντας μια προστατευτική φυσαλίδα που επιτρέπει την ασυγκράτητη περιστροφή. "Φαινόταν καταπληκτικό, καθώς είχαμε συνηθίσει να βλέπουμε τα μόρια να συμπεριφέρονται με αυτό τον τρόπο στα αέρια, όχι όμως και στα υγρά", καταλήγει ο Στρατ. Ο ερευνητική ομάδα προγραμματίζει περαιτέρω δοκιμές για να διαπιστώσουν εάν το φαινόμενο της περιστροφής χωρίς κρούσεις ισχύει για διαφορετικά μόρια σε διαφορετικά διαλύματα.. Εάν ναι, ο Στρατ αναφέρει πως "πρέπει οι χημικοί να ξανασκεφτούν τα βιοχημικά μονοπάτια ". Το Εθνικό Ίδρυμα Επιστήμης και το Ίδρυμα Ντέηβιντ και Λούσιλ Πάκαρτ, χρηματοδότησαν την έρευνα.
Rotational Coherence and a Sudden Breakdown in Linear Response Seen in Room-Temperature Liquids
University of Southern California, Los Angeles
Richard M. Stratt
National Science Foundation
David and Lucile Packard Foundation
