Зеркала лгут: учёные впервые доказали, что даже "идентичные" молекулы ведут себя по-разному

Учёные из Швейцарии сделали шаг , который может полностью изменить представления о хиральности — фундаментальном свойстве молекул. Впервые исследователи ETH Zurich показали, что «лево-» и «право-» ориентированные молекулы отличаются не только по форме, но и по электронному поведению.

Классически хиральность связывали лишь со структурой: зеркально-несовместимые молекулы напоминают наши руки — левая и правая имеют одинаковый набор «пальцев», но их нельзя совместить. В биологии эта асимметрия играет колоссальную роль: одни лекарства работают только в «правой» форме, тогда как «левая» может быть бесполезной или даже токсичной. Теперь же выяснилось, что различия проявляются и на уровне движения электронов.

Команда профессора Ханса Якоба Вернера использовала ультракороткие вспышки циркулярно поляризованного света, чтобы зафиксировать и контролировать выброс электронов из хиральных молекул. Этот эффект известен как фотоэлектронный циркулярный дихроизм (PECD): направление испускания зависит от того, «левосторонняя» молекула или «правосторонняя». Ранее PECD рассматривали как наблюдаемый, но плохо управляемый феномен. В новой работе показано, что его можно не только регистрировать, но и разворачивать в обратную сторону, меняя направление электронного потока.

Вообще открытие стало возможно благодаря уникальной «флэш-камере» для электронов, генерирующей аттосекундные импульсы — настолько короткие, что их миллиарды помещаются в секунде. С помощью таких вспышек удалось увидеть, в какой момент выбрасываются электроны и куда именно они движутся. А добавив второй инфракрасный импульс с определённой поляризацией, исследователи смогли управлять процессом: смещать время испускания и менять направление в зависимости от относительной фазы лучей.

Выяснилось, что динамика электронов зависит сразу от трёх факторов: ориентации самой молекулы, вращения поляризованного света и фазового сдвига между импульсами. Это доказывает, что хиральность нельзя больше считать статическим свойством — она существует как динамическое явление на электронном уровне.

Возможности открытия выходят далеко за рамки фундаментальной химии. Более чувствительное определение «правых» и «левых» форм веществ способно повысить безопасность и эффективность лекарств. Управление электронным поведением открывает перспективы для молекулярной электроники , спинтроники , разработки сенсоров нового поколения . Кроме того, такой метод помогает приблизиться к ответу на один из самых глубоких вопросов: почему жизнь на Земле выбрала только одну форму хиральности, хотя теоретически возможны обе.