Vědci z Česka potvrdili existenci podivných sigma-děr. Až dosud je znala jenom teorie

Nahrávám video

Tým vědců z několika českých výzkumných pracovišť společně potvrdil existenci složitého jevu, kterému se říká sigma-díra. Až doposud byl přitom popsán pouze teoreticky a na potvrzení se čekalo déle než třicet let.

Vědci z Česka představili metodu, díky které jako první na světě pozorovali nerovnoměrné rozložení elektronového náboje kolem atomu halogenu.

Pro tým je to dvojí úspěch: Jednak posunul technické možnosti výzkumu, protože pozorování subatomární struktury bylo zatím mimo rozlišovací schopnosti přímých zobrazovacích metod, zároveň potvrdil existenci jevu, který byl zatím předpovězený jen teoreticky –⁠ takzvané sigma-díry. Studii vydal prestižní časopis Science.

Týmu se podle akademie podařilo dramaticky zvětšit rozlišovací schopnosti rastrovací mikroskopie. Jde o technologii, která před několika lety umožnila lidem zobrazovat jednotlivé atomy.

Tentokrát se díky její úpravě vědci dostali z úrovně atomů až k subatomárním jevům. Mohli tak přímo sledovat nesymetrické rozložení elektronové hustoty na jednotlivých atomech halogenových prvků, takzvané sigma-díry. Tím definitivně potvrdili její existenci, která byla teoreticky předpověděna před třiceti lety.

Jako černé díry

„Potvrzení existence teoreticky předpovězených sigma-děr je podobná situace jako pozorování černých děr, jejichž existence byla předpovězena v roce 1915 obecnou teorií relativity, ale které se podařilo poprvé spatřit teprve před dvěma lety. Z tohoto pohledu zobrazení sigma-díry s jistou nadsázkou představuje podobný milník na atomární úrovni,“ sdělil Pavel Jelínek z FZÚ a CATRIN.

Princip experimentu umožňujícího vizualizaci sigma-díry
Zdroj: FZU/DRAWetc

Podle akademie na existenci sigma-díry dosud nepřímo ukazovaly rentgenové struktury krystalů s halogenovou vazbou. Ty odhalily překvapivou skutečnost, že chemicky vázané atomy halogenů jedné molekuly a atomů dusíku či kyslíku druhé molekuly, které by se měly odpuzovat, se nacházejí v těsné blízkosti a tudíž se přitahují. Pozorování bylo v rozporu s předpokladem, že tyto atomy nesou homogenní záporný náboj a kvůli elektrostatické síle se odpuzují.

Vědci se tedy rozhodli prozkoumat subatomární strukturu halogenu pomocí Kelvinovy sondy silové mikroskopie. Nejdříve vypracovali teorii, která popisuje mechanismus atomárního rozlišení sondy. Umožnila jim upravit experimentální podmínky k zobrazení sigma-díry. Poté tým zkombinoval experimentální měření a pokročilé kvantově-chemické postupy. A to je dovedlo k průlomu v pozorování a také k definitivnímu potvrzení konceptu halogenových vazeb.

Podle Bruna de la Torre z CATRIN a FZÚ vědci zvýšili citlivost rastrovací mikroskopie úpravou hrotu sondy. Vědec podotkl, že výzkum posunul limity experimentu a rozšířil možnosti pro další badatele.

„Nekovalentními interakcemi se zabývám celý život a je pro mě zadostiučiněním, že nyní můžeme pozorovat to, co jsme dosud ‚viděli' jen v teorii, a že experimentální měření naprosto přesně potvrzují naše teoretické předpovědi existence a tvaru sigma-díry. To nám dále umožní lépe pochopit tyto interakce a interpretovat je,“ říká výpočetní chemik Pavel Hobza z ÚOCHB, který pokročilé kvantově-chemické výpočty prováděl na superpočítačích v ostravském centru IT4Inovations.

K čemu to je?

Tento základní výzkum je důležitý pro samotné poznání našeho světa, ale už nyní vědci ví, že může pomoci i v praxi. Objev podle akademie umožní například lépe pochopit reakce jednotlivých molekul a důvod uspořádání různých molekulárních struktur.

Nová zobrazovací metoda také otevírá cestu ke zdokonalení materiálových a strukturních vlastností řady fyzikálních, biologických a chemických systémů, které mají dopad na každodenní život lidí.

Na rozsáhlém projektu spolupracovali vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) při Univerzitě Palackého v Olomouci, Fyzikálního ústavu AV, ÚOCHB a centra IT4Inovations při Vysoké škole báňské –⁠ Technické univerzitě Ostrava.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Čína změnila způsob, jak počítá své emise

Čína splní své klimatické cíle, i kdyby se její emise oxidu uhličitého v dalších letech zvýšily. Podle analýzy nezávislého webu Carbon Brief si totiž pomohla změnou metodiky, jak tyto emise počítá. Vzorec sice nezveřejnila, ale zřejmě pravidla přenastavila tak, aby odpovídala aktuálnímu ekonomickému vývoji země.
před 11 mminutami

Ötziho mumie obsahuje stále živé mikroorganismy

Výzkumníci z institutu Eurac Research získali podrobný přehled o mikroorganismech spojených s Ötzim. Nová studie přináší poznatky o komplexním mikrobiomu, od střevní flóry člověka z doby měděné až po kvasinky přizpůsobené chladnému prostředí, které mohly mumii doprovázet po tisíciletí a dodnes zůstávají součástí aktivního ekosystému.
před 1 hhodinou

Umělá inteligence ohrožuje přírodní zdroje pro mnoho lidí, varují experti OSN

Rostoucí emise, ubývající zásoby vody a mizející půda. To jsou tři hlavní problémy, které způsobuje dynamicky rostoucí sektor umělých inteligencí (AI). Nová studie Univerzity OSN varuje, že v roce 2030 budou datacentra spotřebovávat tolik vody jako 1,3 miliardy lidí. Spotřeba elektřiny pak má vzrůst na více než dvojnásobek oproti loňsku.
před 2 hhodinami

VideoAI může pomáhat při řízení jaderné elektrárny do deseti let, míní Kochánek

Na konferenci o bezprostřední budoucnosti jaderné energie na francouzském velvyslanectví se mluví o aktuálních trendech v této oblasti – od malých modulárních reaktorů až po využití digitalizace a umělé inteligence (AI) k efektivnější správě a zajištění bezpečnosti. Právě AI může podle předsedy Státního úřadu pro jadernou bezpečnost Štěpána Kochánka nahradit některé lidské specialisty jak při projektování a výstavbě, tak i při samotném řízení provozu jaderného zařízení. „Tak daleko zatím v tuto chvíli nejsme,“ říká ale Kochánek a dodává, že by k tomu mohlo dojít v příští dekádě.
před 3 hhodinami

Veletrh vědy láká na jaderné reaktory i astronomii Středozemě

Na výstavišti v pražských Letňanech ve čtvrtek začíná Veletrh vědy. Potrvá do soboty. Nabídne stovku interaktivních expozic a desítky přednášek s diskusemi. Podesáté ho pořádá Akademie věd ČR (AV ČR), která na něm představí novinky ze současného výzkumu. Do programu se zapojuje i řada univerzit.
před 7 hhodinami

Český tým rekonstruoval evoluci covidu. Naznačil, že ze SARS pandemie nebude

Covidová pandemie změnila svět mnoha způsoby, z některých se společnost nevzpamatovala ani po šesti a půl letech. Patogen se rychle vyvíjel, což vedlo nejen ke vzniku řady konspiračních teorií, ale i komplikací ohledně léčby, očkování a opatření. Čeští a izraelští vědci v laboratorních podmínkách nyní zrekonstruovali, jak se koronavirus SARS-CoV-2 měnil a vyvíjel, a zároveň odhalili podmínky, které mohou vést ke vzniku vysoce nakažlivých variant.
před 9 hhodinami

Fyzici se pokusili rozříznout foton. Vznikla podivnost

Když polobožský hrdina Herkules bojoval s lernskou hydrou, zjistil, že ji přes svou nepřekonatelnou sílu nedokáže zabít. Za každou hlavu, kterou usekl, narostly dvě nové. Podobně, ale ještě mnohem hůř, se chovají podle odborného časopisu New Scientist fotony – těch totiž při každém rozseknutí vznikne rovnou nekonečno.
včera v 15:00

Šakali se šíří i kvůli úbytku vlků, mohou osídlit až tři čtvrtiny Evropy

Za šířením šakalů po Evropě stojí podle nového výzkumu kombinace změn klimatu a krajiny i dlouhodobý úbytek velkých predátorů, především vlků. Důležitou roli hraje člověk, jehož sídla poskytují bezpečnější prostor pro život. Výzkum, na kterém se podíleli vědci z brněnského Ústavu biologie obratlovců Akademie věd, zároveň naznačuje, že by šakali mohli v budoucnu osídlit až 75 procent evropského kontinentu, tedy téměř šestinásobek současné plochy výskytu. Studii publikoval časopis Nature Ecology & Evolution.
včera v 13:15
Načítání...