Vrije radicalen - atomen en moleculen met ongepaarde elektronen - kunnen grote schade aanrichten aan het lichaam. Ze zijn als gedupeerde minnaars, bestemd om rond te dwalen op zoek naar een ander elektron, gebroken cellen achterlatend, eiwitten en DNA in hun kielzog.

Hydroxylradicalen zijn de chemisch meest agressieve van de vrije radicalen, slechts een biljoenste van een seconde overleven. Ze vormen zich wanneer water, het meest voorkomende molecuul in cellen, wordt geraakt door straling, waardoor het een elektron verliest. In eerder onderzoek is een team onder leiding van Linda Young, een wetenschapper bij het Argonne National Laboratory van het Department of Energy, observeerde de ultrasnelle geboorte van deze vrije radicalen, een proces met grote betekenis op gebieden zoals door zonlicht veroorzaakte biologische schade, milieusanering, nucleaire techniek, en ruimtereizen.

Nu haar team, inclusief onderzoekers van DOE's SLAC National Accelerator Laboratory, heeft een unieke chemische vingerafdruk van de hydroxyl uitgelokt, waarmee wetenschappers chemische reacties kunnen volgen die het veroorzaakt in complexe biologische omgevingen. Ze publiceerden hun resultaten in Fysieke beoordelingsbrieven in juni.

Bij SLAC's Linac Coherent Light Source (LCLS) vrije-elektronenlaser, de wetenschappers onderzochten de ongelooflijk kortlevende hydroxylradicalen met röntgenpulsen die slechts een miljoenste van een miljardste van een seconde duren. Ze verlichtten een dunne straal van met laser geïoniseerd water met röntgenstralen die de precieze energie hadden om elektronen diep in de radicalen te exciteren, zodat ze omhoog sprongen in een specifieke hogere baan. Toen de elektronen weer in hun oorspronkelijke banen kwamen, een klein deel van hen straalde röntgenstralen uit die de unieke handtekening van de radicaal droegen, of spectrum. Het team gebruikte nieuwe theoretische hulpmiddelen om deze röntgenspectra nauwkeurig te berekenen en de boodschap die ze bevatten te ontcijferen.

Opvolgen, het team zal onderzoeken wat er gebeurt op de eerste momenten dat ioniserende straling water breekt met een hogere tijdsresolutie om meer over het proces te weten te komen. Aan het einde van de weg, ze hopen soortgelijke processen in alkalische omgevingen te bestuderen die zowel fundamenteel als voor dringende toepassingen van belang zijn, zoals de sanering van kernafval, wat een begrip vereist van de complexe chemie die plaatsvindt in tanks die constant stralingsbombardement ondergaan.