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

Jak se svět blíží ke katastrofickým klimatickým jevům, rozebírá agentura AP

Agentura AP varuje v rozsáhlém textu před příliš optimistickým pohledem na katastrofální události současnosti i vykreslováním budoucnosti pozitivními scénáři.
před 3 hhodinami

V hlubinách ostravsko-karvinských dolů objevili geologové králíkit

V ostravsko-karvinských dolech objevili odborníci dosud neznámý minerál. Pojmenovali ho po českém geologovi Jiřímu Králíkovi, nese tak jméno králíkit. Minerál je natolik drobný, že ho nelze pozorovat ani běžným optickým mikroskopem, k jeho popisu proto museli využít několik specializovaných metod, uvedli zástupci olomoucké přírodovědecké fakulty, kteří se na výzkumu podíleli s odborníky z olomouckého vysokoškolského ústavu CATRIN, ostravské univerzity, ale i ze zahraničí.
před 5 hhodinami

Ruský dron řízený AI zabil tři civilisty. Brzo to bude jako ve filmu Terminátor, varují Ukrajinci

Američtí novináři popsali první případ, kdy umělá inteligence (AI) v dronu připravila o život lidi. Byli to tři ukrajinští civilisté, na které ruská zbraň vybavená pokročilým algoritmem zaútočila v Záporoží.
před 6 hhodinami

Osm miliard let na cestě. Dalekohledy zachytily záblesk vzdálené galaxie

Dalekohledy LST-1 a MAGIC na Kanárských ostrovech zachytily záření, které letělo vesmírem déle, než existuje Slunce a Země. Vyslalo ho aktivní galaktické jádro poháněné obří černou dírou, popsali čeští vědci, kteří se na objevu podíleli.
před 7 hhodinami

Záhadná nemoc zabíjí keňské slony, zvířata trpí ochrnutím

Nejméně devatenáct slonů uhynulo od června v jižní Keni na záhadné onemocnění, jehož příčinu se dosud nepodařilo zjistit. Zvířata trpí mimo jiné částečným ochrnutím a mají potíže se postavit. Keňská služba pro ochranu přírody (KWS) původně upozornila na vysoké koncentrace kyanidu v tělech uhynulých slonů a možnost otravy pesticidy, někteří odborníci ale tuto teorii zpochybňují. Informovala o tom agentura AFP.
před 8 hhodinami

Invazní sršeň asijskou zaznamenali na Mělnicku. Hnízdo se zatím nenašlo

V Liběchově na Mělnicku se v červenci a počátkem srpna opakovaně objevil jeden jedinec sršně asijské. Jde o invazní druh, který představuje významné riziko především pro včelstva a volně žijící hmyz. Pátrání po dalších jedincích nebo hnízdě bylo zatím neúspěšné. Není jasné, jestli se v okolí Liběchova vyskytuje hnízdo, anebo jde o dovezeného osamoceného jedince. Agentura ochrany přírody a krajiny (AOPK) ČR prosí veřejnost o pomoc s hlášením výskytů tohoto druhu.
včera v 16:32

„Pluto je mrtvé,“ zaznělo před dvaceti lety v Praze. Osudnou se mu stala Xena

Pluto už není planetou dvacet let. Rozhodli o tom vědci na kongresu, který se konal v Praze a přinesl přesvědčivé argumenty pro jeho vyřazení a současně vytvoření zcela nové kategorie vesmírných těles.
včera v 16:31

Obří gigantopithekové byli podobnější lidem, než se myslelo

Moderní věda toho zjistila v posledních letech o pravěkých předcích člověka už tolik, že to bourá konstrukce jejich řazení. Vlivný vědecký časopis navrhuje, že by se měly kategorie přestavět – a mohlo by se to týkat i záhadných obřích gigantopitheků.
včera v 15:02

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.