Zvětšit obrázek

Buckyball po zásahu rentgenový laserem LCLS. Kredit: Greg Stewart/ SLAC.

Vědci ze SLAC National Accelerator Laboratory teď mají povznášející zábavu. Pro běžné smrtelníky je to záhadné, určitý vhled nám ale může poskytnout blahořečený seriál Teorie Velkého třesku. Diváci si jistě pamatují jak jeho protagonisté řeší nahromaděný stres. Vezmou si elegantní ochranné brýle, které kdoví proč ještě neprodávají jako běžný módní doplněk, spustí exoticky vyhlížející výkonný laser, a usmaží na něm akční figurku. Čím víc stresu, tím víc figurek padne laseru za oběť. Chtělo by to zažít, ale úleva je nepochybně až devastující. No a ve SLAC si odpalují buckybally. Bezesporu silně exotickým femtosekundovým rentgenovým laserem.

Zvětšit obrázek

Nora Berrah (uprostřed, 2010). Kredit: Nicholas Bock/ SLAC.

Buckybally jsou sférické fullereny, molekuly tvořené vrstvou několika desítek atomů uhlíku, která je svinutá do tvaru koule. V době probíhajícího MS ve fotbale nelze opominout přirovnání k fotbalovému míči, jehož běžná varianta dojemně připomíná buckyball C60, formálně a dost nestravitelně zvaný buckminsterfulleren. Elegantní dáma experimentální laserové fyziky Nora Berrah z Connecticutské univerzity a její spolupracovníci uskutečnili na zařízení Linac Coherent Light Source (LCLS) ve SLAC National Accelerator Laboratory pozoruhodný experiment, během něhož velmi intenzivním rentgenovým laserem LCLS založeným na volných elektronech (FEL, Free-Electron Laser) pálili jako o život do klasických buckyballů se šedesáti uhlíky C60. A buckybally během 20 femtosekund po zásahu rentgenovým paprskem dramaticky explodovaly a rozprskly se po okolí, pochopitelně v příslušném nano-měřítku.

Zvětšit obrázek

K čemu je taková zábava dobrá? Kromě lechtivého návalu adrenalinu při odpálení mocného laseru je také kupodivu užitečná při vylepšování metod rentgenového zobrazování virů, proteinů a podobných biologických objektů. Jde o to, že intenzivní a výkonný rentgenový laser je sice skvělý při zobrazování biomolekul, zároveň ale způsobuje vady na výsledném snímku, který bývá nepříjemně rozmazaný. Buckybally jsou z uhlíku, tak jako z velké části i biomolekuly, a mohou je proto důstojně zastoupit v experimentech. Což s úspěchem využil tým Berrahové.

Praktický model buckminsterfullerenu C60. Kredit: Cropbot, Wikimedia Commons.

Rychle se pohybující objekty způsobují rozmazanost tradičních fotografií a stejně škodí i rychle se pohybující atomy a elektrony nakopnuté výkonným rentgenovým laserem.
Rentgenové zobrazování biologických molekul je proto nutné pořádně vyladit a k tomu se buckybally skvěle hodí. Berrahová a spol. si s nimi důkladně pohráli. Stříleli do buckyballů rentgenové paprsky o různé energii a délce pulzů a pak pomocí speciálního spektrometru sledovali, jakou spoušť mezi buckybally natropili. Zjistili například, že při jednom výstřelu laseru LCLS pronikne do každé z molekul buckyballů v průměru 180 fotonů, které v některých případech oholí úplně všechny dostupné elektrony atomů uhlíku v buckyballu. Silně nabité kousky rozprsklých buckyballů pak přitahují volně se hemžící elektrony nazpět, v procesu sekundární ionizace.

LCLS: The Linac Coherent Light Source at SLAC. Kredit: SLAC.

Literatura

SLAC National Accelerator Laboratory News 27. 6. 2014, Nature Communications 5: 4281 (27. 6. 2014), Wikipedia (Fullerene, Free-electron laser).