L'ionisation de l'eau produit un radical hydroxyle, un agent oxydant extrêmement puissant qui endommage les organismes vivants. En utilisant LCLS, une équipe a frappé ce radical de courte durée avec une impulsion laser à rayons X ultrarapide (flèche bleue), excitant un de ses électrons (point rouge). Au fur et à mesure que l'électron retombe dans son état d'origine, il a libéré une petite rafale de rayons X (violet) qui portait l'empreinte chimique unique du radical. Crédit :Kaushik Nanda/Université de Californie du Sud
Les radicaux libres (atomes et molécules avec des électrons non appariés) peuvent faire des ravages dans le corps. Ils sont comme des amants éconduits, destiné à errer à la recherche d'un autre électron, laissant des cellules brisées, protéines et ADN dans leur sillage.
Les radicaux hydroxyles sont les plus agressifs chimiquement des radicaux libres, survivant pour seulement des billions de seconde. Ils se forment lorsque l'eau, la molécule la plus abondante dans les cellules, est frappé par des radiations, lui faisant perdre un électron. Dans des recherches antérieures, une équipe dirigée par Linda Young, scientifique au Laboratoire national d'Argonne du ministère de l'Énergie, observé la naissance ultrarapide de ces radicaux libres, un processus d'une grande importance dans des domaines tels que les dommages biologiques induits par la lumière du soleil, assainissement de l'environnement, ingénierie nucléaire, et les voyages dans l'espace.
Maintenant son équipe, y compris des chercheurs du laboratoire national d'accélérateurs SLAC du DOE, a découvert une empreinte chimique unique de l'hydroxyle, qui aidera les scientifiques à suivre les réactions chimiques qu'il déclenche dans des environnements biologiques complexes. Ils ont publié leurs résultats dans Lettres d'examen physique en juin.
Au laser à électrons libres de la source de lumière cohérente Linac (LCLS) du SLAC, les scientifiques ont sondé les radicaux hydroxyles à durée de vie incroyablement courte avec des impulsions de rayons X qui ne durent que des millionièmes de milliardième de seconde. Ils ont illuminé un mince jet d'eau ionisée au laser avec des rayons X qui avaient l'énergie précise pour exciter les électrons profondément à l'intérieur des radicaux, de sorte qu'ils ont sauté dans une orbite plus élevée spécifique. Lorsque les électrons se sont installés dans leurs orbites d'origine, une infime fraction d'entre eux a émis des rayons X qui portaient la signature unique du radical, ou spectre. L'équipe a utilisé de nouveaux outils théoriques pour calculer avec précision ces spectres de rayons X et déchiffrer le message qu'ils contenaient.
À suivre, l'équipe étudiera ce qui se passe dans les premiers instants où le rayonnement ionisant sépare l'eau avec une résolution temporelle plus élevée pour en savoir plus sur le processus. En bas de la route, ils espèrent étudier des processus similaires dans des environnements alcalins qui présentent un intérêt à la fois fondamental et pour des applications urgentes telles que la dépollution des déchets nucléaires, ce qui nécessite une compréhension de la chimie complexe qui se produit dans les réservoirs soumis à un bombardement constant de rayonnement.
