Lendo essas palavras, seus olhos permitem que você veja cada letra e os espaços entre elas. Mas se você precisa de óculos de leitura, as letras podem ser confusas ou incompreensíveis. Os cientistas enfrentam um desafio semelhante. A coleta dos dados certos depende de ferramentas que possam fornecer dados precisos, medições abrangentes. Afinal, os cientistas querem ter a visão mais clara possível.

O físico Artem Rudenko, da Kansas State University, e seus colegas ponderaram como melhorar as imagens de vírus e micropartículas que os cientistas obtêm dos raios-X. Para aprofundar o problema, eles dispararam o laser de raios-X mais poderoso do mundo - localizado no Departamento de Energia (DOE) Office of Science's Linac Coherent Light Source (LCLS) - em uma série de átomos e moléculas.

Podemos confiar no que vemos?

Os cientistas usam regularmente fontes de luz de raios-X para tirar fotos e fazer vídeos de processos e objetos biológicos e químicos. Por exemplo, um estudo recente no LCLS analisou como os antibióticos e as partes do corpo que produzem proteínas interagem.

Mas, como os olhos de uma pessoa clarividente, esses instrumentos podem afetar a percepção dos cientistas. Em menos tempo do que a luz leva para percorrer um milímetro, o raio X oblitera a amostra. Mas o raio X danifica a amostra muito antes de ser aniquilada - mesmo enquanto os cientistas estão tentando capturar suas imagens.

Isso significa que as imagens capturadas são de uma amostra danificada, não o original. Isso pode distorcer os dados e a forma como os cientistas os interpretam.

Os cientistas trabalharam bastante estudando os efeitos dos raios X "suaves" de baixa energia. Eles concluíram que as imagens de raios-X suaves fornecem uma boa reprodução das estruturas originais, apesar dos danos.

Mas a maioria das pesquisas de imagem usa raios-X "duros" de alta energia porque eles geralmente fornecem mais detalhes. Os cientistas tinham menos dados sobre os danos que os raios X duros muito intensos causam. Eles não tinham equivalente a um gráfico de olho para estimar a extensão do problema ou o que poderia precisar ser ajustado. Rudenko e seus colegas pretendiam mudar isso.

O Único Lugar no Mundo

Era óbvio para onde eles precisavam ir - o LCLS.

"Esse foi o único lugar no mundo em que pudemos focar essa [quantidade de] luz, "disse Rudenko.

A equipe analisou como os raios-X afetam átomos pesados ​​com muitos prótons, nêutrons, e elétrons. Muitos átomos pesados ​​desempenham funções importantes nas reações biológicas, como o papel do iodo na produção de hormônios. Como os átomos pesados ​​interagem mais com os raios X do que os leves, os cientistas costumam usar átomos pesados ​​para obter imagens mais claras.

Como todo mundo, a equipe teve que competir por tempo no LCLS, uma instalação de usuário do Office of Science hospedada pelo SLAC National Accelerator Laboratory do DOE. Eles reescreveram e reenviaram sua proposta três vezes antes de ser aceita. Em comparação com a pesquisa médica, foi uma venda difícil. "Queríamos apenas explodir uma molécula, "disse Daniel Rolles, professor assistente na Kansas State University. "Nosso argumento era, 'Ei olha, vocês só podem entender o que estão fazendo se nos deixarem fazer nossas coisas primeiro. '"

O momento da verdade

Finalmente era hora de ligar o raio-X.

"Eram todos os botões para a direita, "disse Rolles." Basicamente, fizemos tudo em termos de intensidade. "

Primeiro, eles atingem um átomo de xenônio com todo o poder do LCLS.

Essa reação foi como o esperado. Os elétrons ionizados de raios-X próximos ao núcleo, explodindo-os para fora do átomo. À medida que os espaços mais próximos se esvaziavam, elétrons mais distantes movem-se para dentro. Então, os novos elétrons foram energizados e também dispararam para fora do átomo. Dentro de um milionésimo de um bilionésimo de segundo, esse processo se repetiu até que restassem apenas alguns elétrons. Geral, um único átomo de xenônio ejetou 48 de seus 54 elétrons.

Satisfeito, a equipe executou todo o experimento novamente. Desta vez, eles apontaram o raio-X para um átomo de iodo rodeado por alguns outros em uma molécula.

Foi quando as coisas ficaram estranhas.

"Ficou claro que algo estava acontecendo sob essas condições experimentais que não tínhamos visto em nenhum outro lugar, então isso foi muito emocionante, "disse Rebecca Boll, um cientista do estudo que trabalha nas instalações europeias de laser de elétrons de raios-X livres.

A equipe esperava que o iodo fosse ejetado, chupar, e então ejetar mais elétrons da mesma forma que o xenônio. Mas quando o iodo fica sem elétrons, não parou. Em vez de, o iodo sugava elétrons dos átomos de carbono e hidrogênio circundantes. Depois de ejetar 47 de seus próprios elétrons, passou por mais sete. No fim, o iodo alterou fundamentalmente as estruturas eletrônicas do carbono e do hidrogênio.

A equipe queria ver se o mesmo aconteceria com uma molécula maior. Colando outra molécula contendo iodo sob o raio-X, eles assistiram enquanto ele cuspia tantos fragmentos que era difícil rastreá-los. Eles estimaram que ele ejetou mais de 60 elétrons.

Revelando o porquê

Embora os pesquisadores soubessem o que aconteceu, eles não sabiam por quê. Um átomo de iodo perdendo dois elétrons pode resultar em um grande número de possíveis estruturas de elétrons. Não só o átomo de iodo perdeu mais de 50 elétrons, sua estrutura mudou completamente após cada perda.

Para ajudar a explicar este processo, eles se voltaram para seus colegas de física teórica no Center for Free-Electron Laser Science na Alemanha. A modelagem revelou que sob intensidades mais baixas, tanto o átomo por si só quanto o átomo dentro da molécula absorvem apenas alguns fótons por vez. No LCLS, a molécula absorveu até 20 fótons - muito mais do que um átomo. Isso sobrecarregou o sistema.

Descobrir que os raios-X podem afetar fortemente os átomos, além daquele diretamente atingido pelo raio-X, mostrou que os cientistas precisam dar uma segunda olhada em suas imagens. No futuro, a equipe prevê que serão capazes de traçar os efeitos de um raio-X em uma molécula específica. Assim como os óculos de leitura ajustam a visão de uma pessoa hipermetropia, os cientistas serão capazes de explicar melhor a influência da radiação em seus resultados. Esse conhecimento os ajudará a ver uma imagem mais clara do que nunca.