Observan 'en vivo' la recombinación de electrones en attosegundos

MADRID, 14 May. (EUROPA PRESS) -

   La recombinación de capas de electrones en las moléculas, que se produce en sólo unos attosegundos (una milmillonésima de milmillonésima parte de un segundo), ahora se puede ver 'en vivo'.

   El logro se hace posible con un nuevo método desarrollado por investigadores del Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) y sus colegas de Dinamarca, Japón y Suiza. Un artículo que detalla los resultados de su estudio ha sido publicado en la revista Nature Communications.

   En los últimos años, los científicos han aprendido cómo estudiar procesos ultrarrápidos que tienen lugar en los niveles atómico y molecular, y se espera que la investigación en este campo produzca algunos resultados muy importantes.

   En Alemania, por ejemplo, los científicos están creando el Láser de Rayos X de Electrones Libres Europeo (XFEL). Rusia también está participando en el proyecto. Una vez construido, XFEL debe dar a los científicos la oportunidad de observar los cambios que ocurren en los núcleos de las moléculas durante las reacciones químicas, lo que tiene una gran importancia para el estudio de los procesos bioquímicos y las propiedades estructurales de proteínas.

   Dos grupos de científicos dirigidos por el profesor Hans Jakob Wörner del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich y teóricos de Dinamarca, Japón y Rusia encabezada por Oleg Tolstikhin del MPIT han unido sus esfuerzos para estudiar procesos attofísicos, que duran varios attosegundos.

   Para el seguimiento de procesos que ocurren en prácticamente nada de tiempo, los científicos utilizaron el llamado método de la bomba-sonda. En primer lugar, una molécula se orientó impulsivamente con un solo pulso del láser. A continuación, un segundo pulso de láser potente de baja frecuencia ioniza la molécula, lo que generó alta radiación armónica. Al observar el alto espectro armónico, el grupo de Wörner fue capaz de ver la reestructuración de la capa de electrones de la molécula causada por el fuerte campo del pulso ionizante, algo que es un importante paso adelante para la espectroscopia de attosegundos.

   "Con este método, hemos sido capaces de realizar un seguimiento de los cambios estructurales en las capas electrónicas de las moléculas fluoruro de metilo (CH3F) y bromuro de metilo (CH3Br)", dijo Oleg Tolstikhin, profesor asociado de la Sección de Física Teórica del MIPT. "Estos procesos son incluso más rápidos que las reacciones químicas, en las que los núcleos atómicos se mueven. En este experimento, pudimos ver la reestructuración de la capa de electrones".

   El montaje experimental consistió en un láser de zafiro con una longitud de onda de 800 nanómetros, lo que genera pulsos cortos de muy alta intensidad (1014-1015 vatios por cm2). La amplitud del campo electromagnético en tales impulsos es comparable a la de un campo eléctrico, que "siente" el electrón en un átomo de hidrógeno.

   Tolstikhin también explicó que los científicos no pudieron --y es poco probable que puedan-- ver moverse a los electrones, algo que está descartado por las leyes de la mecánica cuántica. Pero lo que vieron es como la nube de electrones "emigró" dentro de la molécula. Un papel clave en tal "migración" es interpretado por un momento dipolar permanente y estados degenerados del electrón exterior en la molécula. Esta fue la razón por la que los investigadores eligieron moléculas de fluoruro de metilo y bromuro de metilo para su estudio.