Waterstofbruggen zijn kleine maar essentiële krachten die een centrale rol spelen in tal van processen in de natuur, waaronder die welke verband houden met het leven. Ze zijn ook van belang in de scheikunde en bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Ondanks hun belang zijn veel details over hoe waterstofbruggen ontstaan en hoe protonen zich tussen moleculen verplaatsen nog steeds niet volledig begrepen. Dit proefschrift onderzoekt deze processen door moleculen te bestuderen bij extreem lage temperaturen, dicht bij het absolute nulpunt. Bij de experimenten wordt gebruikgemaakt van kleine druppeltjes superfluïde helium om een zeer zachte en gecontroleerde omgeving te creëren voor het onderzoeken van afzonderlijke moleculen. Vervolgens wordt infraroodlicht gebruikt om te observeren hoe de moleculen reageren, wat gedetailleerde informatie oplevert over hun structuur en gedrag. De methode wordt gebruikt om verschillende systemen met waterstofbruggen te bestuderen. In één onderzoek wordt gekeken hoe een proton in een ringvormig molecuul wordt vastgehouden en hoe het gedrag ervan verandert bij verschillende temperaturen. Een andere studie onderzoekt clusters van fosforzuur en onthult een ongebruikelijke manier waarop de moleculen op elkaar inwerken, wat sommige gangbare opvattingen over zuren en basen op losse schroeven zet. Ten slotte wordt een nieuwe spectroscopische techniek geïntroduceerd, waarbij gebruik wordt gemaakt van twee infraroodlasers, om onderscheid te maken tussen verschillende vormen van hetzelfde molecuul en hun onderlinge omzetting te volgen. De studies tonen nieuwe manieren aan om de fundamentele interacties te observeren en te begrijpen die het moleculaire gedrag in deze systemen bepalen.
América Y. Torres-Boy is promovendus aan het Fritz-Haber-Institut van de Max-Planck-Gesellschaft in Berlijn, waar zij zich bezighoudt met moleculaire fysica. Haar onderzoek richt zich op het begrijpen van moleculaire structuur, waterstofbruggen en protonoverdrachtsprocessen met behulp van cryogene infraroodspectroscopie en helium-nanodruppel-ionenspectroscopie. In haar werk combineert ze massaspectrometrie, infraroodspectroscopie en ultrakoude helium-nanodruppeltjes om moleculaire ionen en complexen met waterstofbruggen onder streng gecontroleerde omstandigheden te onderzoeken. Haar onderzoek omvat onder meer studies naar protongebonden moleculaire complexen, fosforzuurclusters en andere chemisch relevante ionen. Ze heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van een nieuwe techniek waarbij voor het eerst twee vrije-elektronenlasers tegelijkertijd worden ingezet om de populaties van verschillende moleculaire structuren te regelen en spectra van isomeren bloot te leggen die anders verborgen zouden blijven. Haar academische achtergrond omvat studies aan de Universidad de Guanajuato en onderzoeksstages in Duitsland, Nederland en de VS.