I ricercatori stanno studiando nuovi modi in cui gli elettroni vengono eliminati dalla materia. La loro ricerca potrebbe avere implicazioni per la radioterapia.

L'esposizione di un piccolo gruppo di atomi di neon a un'esplosione molto breve e intensa di luce ultravioletta estrema avvia un nuovo meccanismo che produce un gran numero di elettroni e ioni.

Un team di ricercatori guidato dal chimico fisico Kiyoshi Ueda dell'Università di Tohoku ha utilizzato un laser a elettroni liberi (FEL) presso l'acceleratore di test giapponese SPring-8 Compact SASE Source per studiare come gli elettroni vengono "eliminati" dai gruppi di atomi di neon. Impulsi FEL intensi nell'ultravioletto estremo sono stati diretti ai cluster e la distribuzione di energia risultante degli elettroni eliminati dai cluster è stata misurata utilizzando uno "spettrometro di imaging con mappa di velocità".

Gli elettroni all'interno di un materiale assorbono energia quando il materiale è esposto alla luce. Normalmente, questa energia viene utilizzata per "eliminare gli elettroni" dal materiale. Questo può succedere solo, però, se l'energia della particella di luce, o "fotone", assorbito dall'elettrone è maggiore della quantità di energia necessaria al materiale, o la sua "funzione lavorativa", per espellere l'elettrone. Nel 1921, Albert Einstein ha vinto un premio Nobel per aver descritto questo "effetto fotoelettrico".

Il team ha testato cosa sarebbe successo quando avessero impostato l'energia dei fotoni della luce FEL al di sotto della funzione di lavoro dei gruppi di atomi di neon. Invece di essere messo fuori combattimento, quando un elettrone strettamente legato a un atomo di neon assorbe il fotone a energia inferiore, diventa vagamente legato, facendo sì che l'atomo diventi "eccitato". Poiché l'impulso FEL è così intenso, molti elettroni si legano in modo lasco negli ammassi contemporaneamente; il che significa che molti atomi si eccitano. Gli elettroni vengono quindi eliminati dagli ammassi anche se l'energia dei fotoni è inferiore alla loro funzione di lavoro.

Il team ha scoperto che gli elettroni legati in modo lasco vengono eliminati dai cluster in un nuovo processo "a cascata".

Il processo inizia quando un atomo con un elettrone poco legato interagisce con un atomo vicino che ha anche un elettrone poco legato. Il primo trasferisce energia al suo vicino, che "abbatte" il proprio elettrone vagamente legato che si libra in un'orbita di "alta energia" in un'orbita di "bassa energia" più vicina al nucleo dell'atomo. Allo stesso tempo, l'energia trasferita all'atomo vicino fa fuoriuscire da esso un elettrone debolmente legato. Il primo atomo, che ora è "meno eccitato", quindi interagisce con un altro atomo eccitato vicino, dandogli anche energia e quindi 'diseccitandosi' ancora di più mentre espelle un elettrone da un altro vicino. Questo processo a cascata si verifica in molte coppie di atomi eccitati, con conseguente emissione di un gran numero di elettroni a bassa energia.

"Le cascate di elettroni espulsi e abbattuti producono più elettroni e più ioni, danneggiando maggiormente il campione. Sono convinto che queste cascate potrebbero svolgere un ruolo cruciale nella futura radioterapia, " afferma Lorenz Cederbaum dell'Università tedesca di Heidelberg, uno dei coautori dello studio.

Il rilascio di elettroni a bassa energia esposti a luce intensa può danneggiare il DNA. Questo concetto è utilizzato nella radioterapia del cancro. I risultati potrebbero avere implicazioni per l'uso della radioterapia in futuro.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .