Gli elettroni sono in grado di muoversi all'interno delle molecole quando sono eccitati dall'esterno o nel corso di una reazione chimica. Per la prima volta, gli scienziati sono ora riusciti a studiare le prime decine di attosecondi di questo movimento di elettroni in un liquido.

Per capire come iniziano le reazioni chimiche, i chimici hanno usato per anni esperimenti al super rallentatore per studiare i primissimi momenti di una reazione. In questi giorni, sono possibili misurazioni con una risoluzione di poche decine di attosecondi. Un attosecondo è 1x10 ^-18 (un quintilionesimo) di secondo, cioè., un milionesimo di milionesimo di milionesimo di secondo.

"In queste prime decine di attosecondi di una reazione, puoi già osservare come gli elettroni si spostano all'interno delle molecole, " spiega Hans Jakob Wörner, professore al Laboratorio di Chimica Fisica dell'ETH di Zurigo. "Dopo, nel corso di circa 10, 000 attosecondi, o 10 femtosecondi, le reazioni chimiche provocano movimenti di atomi fino alla rottura dei legami chimici inclusa."

Cinque anni fa, il professore dell'ETH è stato uno dei primi scienziati a rilevare i movimenti degli elettroni nelle molecole sulla scala degli attosecondi. Però, fino ad ora, tali misure potrebbero essere effettuate solo su molecole in forma gassosa perché avvengono in una camera ad alto vuoto.

Trasporto ritardato di elettroni dal liquido

Dopo aver costruito nuove apparecchiature di misurazione, Wörner ei suoi colleghi sono ora riusciti a rilevare tali movimenti nei liquidi. A tal fine, i ricercatori hanno fatto uso della fotoemissione in acqua:hanno irradiato molecole d'acqua con la luce, inducendoli a emettere elettroni che potrebbero poi misurare. "Abbiamo scelto di utilizzare questo processo per la nostra indagine perché è possibile avviarlo con un'elevata precisione temporale utilizzando impulsi laser, " dice Worner.

Le nuove misurazioni sono avvenute anche in alto vuoto. Wörner e il suo team hanno iniettato un microgetto d'acqua sottile 25 micrometri nella camera di misurazione. Ciò ha permesso loro di scoprire che gli elettroni vengono emessi dalle molecole d'acqua in forma liquida da 50 a 70 attosecondi più tardi rispetto alle molecole d'acqua in forma di vapore. La differenza di tempo è dovuta al fatto che le molecole in forma liquida sono circondate da altre molecole d'acqua, che ha un effetto di ritardo misurabile sulle singole molecole.

Passaggio importante

"I movimenti degli elettroni sono gli eventi chiave nelle reazioni chimiche. Ecco perché è così importante misurarli su una scala temporale ad alta risoluzione, " Dice Wörner. "Il passaggio dalle misurazioni nei gas alle misurazioni nei liquidi è di particolare importanza, perché la maggior parte delle reazioni chimiche, specialmente quelle che sono interessanti dal punto di vista biochimico, avvengono nei liquidi".

Fra quelli, sono numerosi i processi che, come la fotoemissione nell'acqua, sono attivati ​​anche dalla radiazione luminosa. Questi includono la fotosintesi nelle piante, i processi biochimici sulla nostra retina che ci permettono di vedere, e danni al DNA causati da raggi X o altre radiazioni ionizzanti. Con l'aiuto di misurazioni ad attosecondi, gli scienziati dovrebbero acquisire nuove conoscenze su questi processi nei prossimi anni.