Científicos confirman la existencia de los agujeros sigmas

Hasta ahora, la observación de estructuras subatómicas superaba la capacidad de resolución de los métodos de imagen directa, pero una nueva técnica ha cambiado las cosas y permitido comprobar definitivamente la existencia de los llamados agujeros sigmas, que se habían teorizado hace 30 años.

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Así, un equipo multidisciplinar checo ha presentado un método que les ha permitido ser los primeros en observar una distribución no homogénea de la carga de los electrones alrededor de un átomo de halógeno, es decir, un agujero sigma y la confirmación definitiva del concepto de los enlaces halógenos, publica Science.

Los autores comparan el hallazgo con la primera fotografía de un agujero negro, el situado en el centro de la galaxia Messiser 87, que fue dada a conocer en 2019, pero cuya existencia había sido predicha en 1915 por Albert Einstein en la Teoría General de la Relatividad.

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Este avance facilitará la comprensión de las interacciones entre átomos o moléculas individuales, así como de las reacciones químicas, y abre una vía para perfeccionar las propiedades materiales y estructurales de diversos sistemas físicos, biológicos y químicos, según el equipo investigador.

Para uno de los autores de la investigación, Pavel Jelínek del Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias (FZU) “no es muy exagerado” decir que la obtención de imágenes de los agujeros sigma representa a nivel atómico un hito similar al de los agujeros negros.

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Este fenómeno se había demostrado indirectamente mediante estructuras cristalinas de rayos X con un enlace halógeno, que revelaban la sorprendente realidad de que los átomos de halógeno químicamente enlazados de una molécula y los átomos de nitrógeno u oxígeno de una segunda molécula, que deberían repelerse, están en proximidad y, por tanto, se atraen.

Esta observación estaba en contradicción con la premisa de que estos átomos tienen una carga negativa homogénea y se repelen por la fuerza electrostática.

Esta distribución no homogénea de la carga conduce a la formación de un enlace halógeno, que desempeña un papel clave, entre otras cosas, en la química supramolecular, incluida la ingeniería de cristales moleculares, y en los sistemas biológicos.

”Cuando vi el agujero sigma por primera vez, sin duda sentí escepticismo, porque implicaba que habíamos superado el límite de resolución de los microscopios hasta el nivel subatómico”, recordó otro de los autores, Bruno de la Torre del FZU.

Sin embargo, una vez que lo aceptó se sintió “orgulloso” de la contribución realizada por el equipo para superar los límites del experimento y “satisfecho de haber abierto un camino para que otros investigadores vayan más allá y apliquen estos conocimientos para descubrir nuevos efectos a nivel de un solo átomo”.

En una amplia colaboración interdisciplinar, científicos del Instituto Checo de Tecnología e Investigación Avanzadas (CATRIN) de la Universidad de Palacky Olomouc, el Instituto de Física de la Academia de Ciencias Checa (FZU), el Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de la Academia de Ciencias Checa (IOCB Praga) y el Centro de Supercomputación IT4Inovations de la Universidad Técnica de Ostrava (VSB) han conseguido aumentar drásticamente la capacidad de resolución de la microscopía de barrido, que hace varios años permitió a la humanidad obtener imágenes de átomos individuales, y han pasado así del nivel atómico a los fenómenos subatómicos.

“Llevo toda la vida estudiando las interacciones no covalentes, y me satisface mucho que ahora podamos observar algo que antes sólo podíamos ‘ver’ en teoría y que las mediciones experimentales confirmen con precisión nuestra premisa teórica de la existencia y la forma del agujero sigma. Nos permitirá comprender mejor estas interacciones e interpretarlas”, afirma el químico computacional Pavel Hobza, del IOCB de Praga, que realizó los cálculos químicos cuánticos avanzados en los superordenadores del IT4Inovations de Ostrava.

“Lo que vemos es que los enlaces halógenos y las interacciones no covalentes en general desempeñan un papel dominante no sólo en la biología, sino también en la ciencia de los materiales. Esto hace que nuestro artículo actual en Science sea aún más importante”, añade Hobza.

Agencias

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