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

2 minuty
Události: České vědecké pozorování subatomární struktury
Zdroj: ČT24

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

Předškolákům AI králíček radí se sexem, další hlásá čínskou propagandu

Hračky, které jsou vybavené nějakou formou umělé inteligence, se stávají hitem letošních Vánoc. Horší dárek ale dát dětem nemůžete, varují vědci i spotřebitelské organizace. Příkladů, kdy se hračky vymkly kontrole a komunikovaly s dětmi zcela nevhodnými způsoby, je totiž podle expertů obrovské množství.
před 17 hhodinami

Povodně zabily desetinu ohrožených orangutanů na Sumatře, bojí se vědci

Ničivé povodně v Indonésii mohly podle vědců zahubit až desetinu populace orangutanů, kteří jsou na Sumatře na pokraji vyhynutí. Napsala to agentura AFP. Při záplavách, které od konce listopadu pustoší severozápad tohoto indonéského ostrova, přišlo o život téměř tisíc lidí a více než 220 dalších je nadále nezvěstných.
před 19 hhodinami

Očkování proti covidu děti chrání, zjistil Kennedyho úřad. Přesto ho už nedoporučuje

Nová zpráva amerických Středisek pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) pojmenovává, jak účinná je ochrana dětí před nemocí covid-19, pokud se nechají očkovat aktuální verzí vakcíny – oproti těm, které očkované nejsou.
před 20 hhodinami

„Hobity“ nevyhubil Sauron, ale tisíce let trvající sucho

Záhada zmizení pravěkých příbuzných lidí z ostrova Flores je zřejmě vyřešená. Trpasličí lovce pralesních slonů pravděpodobně zničilo dlouhodobé sucho, na které se nedokázali adaptovat.
13. 12. 2025

Deset let po Pařížské dohodě se vědci obávají, že je mrtvá

Pařížská úmluva OSN o změně klimatu byla uzavřena přesně před deseti lety, 12. prosince 2015, vstoupila ale v platnost až skoro o rok později – v listopadu 2016. Podle dokumentu, který nahradil Kjótský protokol, se má oteplování udržet pod dvěma stupni Celsia, nejlépe do 1,5 stupně ve srovnání s předindustriálním obdobím. Průměrné teploty i emise skleníkových plynů se ale stále zvyšují.
12. 12. 2025

AI umí znepokojivě účinně ovlivňovat voliče, ukazují dvě studie

Nové výzkumy ukazují, že chatboty mohou velmi silně ovlivňovat rozhodování voličů. Výsledky, které vydaly odborné časopisy Nature a Science, podle autorů vyvolávají zásadní otázky ohledně role umělé inteligence v budoucích volbách.
12. 12. 2025

Publikace Martina Rychlíka provede Dějinami skalpování

Vyšly Dějiny skalpování. Držitel Litery za publicistiku Martin Rychlík se v rozsáhlé publikaci věnuje zvyku zbavovat nepřítele vlasů s částí kůže napříč historií lidstva. Nabourává přitom i zažité představy.
12. 12. 2025

Věčné chemikálie ve vodě škodí dětskému zdraví i peněženkám

Negativní dopady na zdraví, které způsobují takzvané věčné chemikálie v pitné vodě, stojí Spojené státy v současné době už nejméně osm miliard dolarů (160 miliard korun) ročně v sociálních nákladech. Popsali to vědci z Arizonské univerzity.
12. 12. 2025
Načítání...