Quando un atomo viene colpito da un elettrone ad alta energia, l'elettrone può trasferire la sua energia agli elettroni dell'atomo, facendoli ionizzare. L'energia di ionizzazione è la quantità minima di energia che deve essere trasferita ad un elettrone per liberarlo dall'atomo.
Le energie di ionizzazione degli atomi sono state misurate sperimentalmente per molti elementi, ma queste misurazioni possono essere difficili e richiedere molto tempo. I metodi teorici per il calcolo delle energie di ionizzazione sono quindi essenziali per comprendere le proprietà di atomi e molecole in ambienti estremi.
Il nuovo metodo, sviluppato dai ricercatori dell’Università della California, Berkeley, si basa su un approccio quantomeccanico noto come teoria del funzionale della densità (DFT). Il DFT è un metodo ampiamente utilizzato per calcolare le proprietà dei materiali, ma in genere è stato meno accurato per calcolare le energie di ionizzazione rispetto ad altri metodi.
I ricercatori hanno superato questa limitazione sviluppando un nuovo modo di rappresentare la funzione d'onda dell'elettrone ionizzato. Questa nuova rappresentazione, basata su una tecnica matematica nota come metodo B-spline, consente una descrizione più accurata del movimento dell'elettrone vicino al nucleo.
I ricercatori hanno testato il loro nuovo metodo su una varietà di atomi, tra cui elio, neon, argon e kripton. Hanno scoperto che il loro metodo era più accurato dei precedenti metodi DFT e, in alcuni casi, superava persino metodi più sofisticati che sono computazionalmente più costosi.
Si prevede che il nuovo metodo sarà utile per una varietà di applicazioni nella fisica e nell'astrofisica delle alte energie, compreso lo studio dei processi di ionizzazione nei plasmi, nelle atmosfere delle stelle e nelle interazioni degli atomi con la radiazione interstellare.
