Chemické důsledky speciální teorie relativity v jaderné magnetické rezonanci

Od objevu teorie relativity Albertem Einsteinem lidstvo začalo chápat mnoho dříve záhadných přírodních jevů / Pixabay
Tým vědců vedený profesorem Radkem Markem z vědecko-výzkumného centra CEITEC Masarykovy univerzity (MU) shrnul současné poznatky o relativistických vlivech těžkých atomů na rezonanční frekvence sousedních lehkých atomů v magnetické rezonanci.

Nejčerstvější novinky z oboru a komplexní přehled poznatků autorského vědeckého týmu dnes publikoval prestižní vědecký časopis Chemical Reviews. Článek, který si vysloužil umístění na titulní straně časopisu, popisuje chemické sloučeniny a materiály napříč celou periodickou tabulkou prvků, sjednocuje pojmy relativistického působení sousedních atomů v magnetické rezonanci a vysvětluje jejich chování. Pochopení těchto relativistických účinků je zcela klíčové pro vědce ve fyzikálních, materiálních i biologických oborech.

Od objevu teorie relativity Albertem Einsteinem lidstvo začalo chápat mnoho dříve záhadných přírodních jevů. Zakřivení prostoru a času, jak je vysvětleno obecnou teorií relativity, je veřejně známé a popularizované v učebnicích prostřednictvím gravitačních černých děr a červích děr. Titulní stránka srpnového vydání nejprestižnějšího časopisu americké odborné asociace chemiků (American Chemical Society) – Chemical Reviews – zobrazuje umělecký pohled na zakřivení časoprostoru způsobující gravitaci kolem velmi hmotného tělesa, jako je neutronová hvězda, s vlivem na sousední menší tělesa.

Tento známý astrofyzikální jev odehrávající se v makrosvětě je paralelou relativistických vlivů atomů těžkých prvků na vlastnosti sousedních atomů v mikrosvětě. Autorem titulní strany je Tomáš Belloň z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (ÚOCHB).

Výše popsaný jev je důsledkem Einsteinovy speciální teorie relativity a je možné ho experimentálně pozorovat v magnetickém poli. Moderní technologie nukleární magnetické rezonance (známé pod zkratkou NMR) umožňuje vědcům "komunikovat s jednotlivými atomovými jádry" a sledovat jejich vlastnosti pomocí elektromagnetických polí na radiofrekvenčních vlnách. Tento proces můžeme například velmi nadneseně přirovnat k běžnému mobilnímu telefonu, kde každý uživatel má své telefonní číslo.

V tomto případě každé atomové jádro má svou vlastní frekvenci. NMR (nukleární magnetická rezonance) spektroskopie je analytický nástroj, který vědcům slouží jako rychlý, nedestruktivní a neinvazivní prostředek k pozorování hmoty od atomového rozlišení až po makroskopické. Technologie magnetické rezonance způsobila revoluci jak v oboru chemie, tak medicíny, kde se technologie známá jako MRI (magnetická rezonance) stala důležitým nástrojem pro lékařskou diagnostiku.

Prezentovaný vědecký článek shrnuje současné poznatky o relativistických vlivech těžkých atomů na "vysílací" frekvence sousedních lehkých atomů, které podávají přímé informace o typu chemického spojení mezi atomy, a tím pádem i o struktuře hmoty v určitém materiálu nebo biologické tkáni.

Výzkumný tým složený z Jana Víchy z Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, Jana Novotného z CEITEC MU, Stanislava Komorovského z Ústavu anorganické chemie Slovenské akademie věd, Michala Straky z ÚOCHB, Martina Kauppa z Technické univerzity Berlín a Radka Marka z CEITEC MU pracuje v této oblasti již více než deset let a přinesl a obohatil ji o několik nových zásadních konceptů shrnutých v tomto přehledovém článku. Jejich zjištění pomohou ostatním vědcům pochopit magnetické chování materiálů nebo tkání, které studují, a mohlo by tak přispět k novým objevům v oblasti nanotechnologií, udržitelných zdrojů energie nebo k vývoji léků pro moderní terapie.

Tato práce sjednocuje koncepty relativistických efektů sousedních atomů v magnetické rezonanci a vysvětluje jejich chování v periodické tabulce prvků. Práce tak vzdává hold speciální teorii relativity, kterou před 115 lety publikoval Albert Einstein stejně jako periodické tabulce chemických prvků, kterou před 151 lety publikoval Dmitrij Mendělejev.

 
Buďte první

Mohlo by vás zajímat

Reklama