Что на самом деле намеревалась сделать международная группа исследователей, так это обнаружить загадочный химический объект: диэлектрон в растворе. Диэлектрон состоит из двух электронов, но в отличие от атома не имеет ядра. До сих пор ученым не удавалось напрямую обнаружить такой объект. Пока исследователи под руководством профессора ETH Zurich Рут Синьорелл экспериментировали с диэлектронами, они случайно обнаружили новый процесс получения медленных электронов. Их можно использовать для инициирования определенных химических реакций.
Диэлектроны нестабильны. Они снова распадаются на два электрона менее чем за одну триллионную долю секунды. Как удалось показать исследователям, один из этих электронов остается на месте, а другой, обладающий низкой энергией и поэтому относительно медленный, удаляется. Что особенного в новом методе, так это то, что он позволяет исследователям контролировать кинетическую энергию этого электрона и, следовательно, его скорость.
Диэлектроны занимают полости
Но обо всем по порядку: чтобы получить диэлектроны, исследователи растворили натрий в (жидком) аммиаке и подвергли этот раствор воздействию УФ-излучения. Это воздействие заставляет электрон молекулы аммиака присоединяться к электрону атома натрия и, таким образом, образовывать диэлектрон. Диэлектрон на короткое время занимает крошечную полость в растворе. Исследователям удалось показать, что при распаде диэлектрона один из электронов удаляется со скоростью, определяемой длиной волны используемого УФ-света. «Некоторая часть энергии УФ-излучения была передана электрону», — говорит Синьорелл.
Для своего исследования, которое теперь опубликовано в журнале Science, исследователи ETH Zurich выполнили эту работу в сотрудничестве с исследователями из Фрайбургского университета в Германии, синхротрона SOLEIL во Франции и Обернского университета в США.
Изучение реакций и радиационного поражения
Такие электроны с малой кинетической энергией интересны по целому ряду причин. Во-первых, медленные электроны вызывают радиационное повреждение тканей человека . В этой ткани могут образовываться мобильные электроны, например, в результате рентгеновского излучения или радиоактивности. Затем они могут присоединяться к молекулам ДНК и запускать химические реакции . Более легкое производство таких медленных электронов в лаборатории поможет исследователям лучше изучить механизмы, которые приводят к радиационному повреждению .
Но человеческое тело — не единственное место, где химические реакции вызываются соединением, принимающим свободный электрон. Производство синтетического кортизона и других стероидов — лишь один пример.
Возможность использовать УФ-свет как относительно простое средство получения медленных электронов непосредственно в растворе, а также контролировать энергию электрона облегчит изучение этих реакций в будущем. Химики даже могут оптимизировать реакции, например, используя ультрафиолетовый свет для увеличения кинетической энергии электронов.
