Un team guidato dal professor Frank Stienkemeier dell'Istituto di fisica di Friburgo e dal dottor Marcel Mudrich, professore all'Università di Aarhus in Danimarca, ha osservato la reazione ultraveloce di nanogoccioline di elio dopo l'eccitazione con radiazione ultravioletta estrema (XUV) utilizzando un laser a elettroni liberi in tempo reale. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati nell'ultimo numero di Comunicazioni sulla natura .

I laser che generano impulsi XUV e raggi X ad alta intensità e ultracorti offrono ai ricercatori nuove opzioni per studiare in dettaglio le proprietà fondamentali della materia. In molti di questi esperimenti, i campioni di materiale nell'intervallo dei nanometri sono di particolare interesse. Alcuni scienziati usano goccioline di elio non più grandi di pochi nanometri come mezzo per trasportare e studiare molecole incorporate e nanostrutture molecolari. Le goccioline di elio sono ideali per questo scopo perché possiedono proprietà straordinarie. A una temperatura estremamente bassa di soli 0,37 gradi sopra lo zero assoluto, si muovono senza attrito e sono quindi considerati superfluidi. Inoltre, le goccioline di elio di solito sono inerti ai processi chimici delle molecole incorporate e sono completamente trasparenti alla luce infrarossa e visibile.

Il team guidato da Stienkemeier e Mudrich voleva scoprire come reagisce una di queste goccioline superfluide quando viene colpita direttamente da un intenso impulso laser XUV. I ricercatori hanno utilizzato il primo e unico laser al mondo a elettroni liberi FERMI a Trieste, Italia, che fornisce impulsi XUV ad alta intensità a una lunghezza d'onda impostata dal team. Supportato da calcoli del modello, i ricercatori hanno identificato tre fasi elementari di reazione:una localizzazione molto rapida degli elettroni, la popolazione degli stati metastabili, e la formazione di una bolla che alla fine esplode sulla superficie delle goccioline ed espelle un singolo atomo di elio eccitato.

"Per la prima volta, siamo riusciti a seguire direttamente questi processi in elio superfluido, che avvengono in tempi estremamente brevi, " dice Mudrich. "I risultati aiutano a capire come le nanoparticelle interagiscono con la radiazione energetica e poi decadono, " Stienkemeier aggiunge. "Si tratta di informazioni essenziali per il lavoro che mira all'imaging diretto di singole nanoparticelle, " lui spiega, "come viene effettuato su nuove sorgenti di radiazioni intense come il laser a raggi X europeo XFEL ad Amburgo".