Triväte, eller H ₃ ⁺ , är erkänt av forskare som molekylen som skapade universum. I de senaste numren av Naturkommunikation och den Journal of Chemical Physics , Forskare från Michigan State University använde höghastighetslasrar för att belysa mekanismerna som är nyckeln till H ₃ ⁺ skapande och dess ovanliga kemi.

H ₃ ⁺ är utbredd i universum, Vintergatan, gasjättar och jordens jonosfär. Det skapas och studeras också i Marcos Dantus labb, Universitetets framstående professor i kemi och fysik. Med hjälp av ultrasnabba lasrar – och teknik som uppfunnits av Dantus – börjar ett team av forskare förstå kemin i denna ikoniska molekyl.

"Att observera hur roaming H ₂ molekyler utvecklas till H ₃ ⁺ är inget annat än häpnadsväckande, ”, sade Dantus. ”Vi först dokumenterade denna process genom att använda metanol; nu har vi kunnat expandera och duplicera denna process i ett antal molekyler och identifierat ett antal nya vägar."

Astrokemister ser helheten, observerar H ₃ ⁺ och definiera det genom ett interstellärt perspektiv. Det skapas så snabbt – på kortare tid än det tar en kula att korsa en atom – att det är extremt svårt att ta reda på hur tre kemiska bindningar bryts och tre nya bildas på så kort tidsskala.

Det är då kemister som använder femtosekundlasrar kommer in i bilden. Istället för att studera stjärnorna med ett teleskop, Dantus team ser bokstavligen på den lilla bilden. Hela proceduren ses på molekylär nivå och mäts i femtosekunder - 1 miljondel av 1 miljarddels sekund. Processen som teamet tittar på tar mellan 100 och 240 femtosekunder. Dantus vet detta eftersom klockan startar när han avfyrar den första laserpulsen. Laserpulsen "ser" då vad som händer.

Tvålasertekniken avslöjade väteöverföringen, såväl som väte-roaming-kemin, som är ansvarig för H ₃ ⁺ bildning. Roamingmekanismer genererar kort en neutral molekyl (H ₂ ) som stannar i närheten och extraherar en tredje vätemolekyl för att bilda H ₃ ⁺ . Och det visar sig att det finns mer än ett sätt det kan hända. I ett experiment som involverade etanol, teamet avslöjade sex potentiella vägar, bekräftar fyra av dem.

Eftersom laserpulser är jämförbara med ljudvågor, Dantus team upptäckte en "låt" som förstärker H ₃ ⁺ bildning och en som motverkar bildning. När du konverterar dessa "formade" pulser till en skjutvissling, framgångsrik bildning sker när noten börjar flata, stiger något och avslutas med en nedåtgående, djupare dyk. Låten är musik i öronen på kemister som kan föreställa sig många potentiella tillämpningar för detta genombrott.

"Dessa kemiska reaktioner är byggstenarna för livet i universum, ", sa Dantus. "Förekomsten av strövande vätemolekyler i kemiska reaktioner med hög energi som involverar organiska molekyler och organiska joner är relevant inte bara för material som bestrålas med laser, men också material och vävnader bestrålade med röntgenstrålar, högenergielektroner, positroner och mer."

Denna studie avslöjar kemi som är relevant när det gäller universums bildning av vatten och organiska molekyler. Hemligheterna den kunde låsa upp, från astrokemisk till medicinsk, är oändliga, han lade till.