I fisici hanno misurato i tempi di volo degli elettroni emessi da uno specifico atomo in una molecola all'eccitazione con la luce laser. Questo ha permesso loro di misurare l'influenza della molecola stessa sulla cinetica di emissione.

La fotoemissione, il rilascio di elettroni in risposta all'eccitazione della luce, è uno dei processi più fondamentali nel microcosmo. L'energia cinetica dell'elettrone emesso è caratteristica per l'atomo in questione, e dipende dalla lunghezza d'onda della luce impiegata. Ma quanto dura il processo? E ci vuole sempre la stessa quantità di tempo, indipendentemente dal fatto che l'elettrone sia emesso da un singolo atomo o da un atomo che fa parte di una molecola? Un team internazionale di ricercatori guidati da fisici laser nel Laboratory for Attosecond Physics (LAP) della LMU di Monaco e del Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) di Garching ha ora sondato l'influenza della molecola sul tempo di fotoemissione.

La descrizione teorica della fotoemissione nel 1905 da parte di Albert Einstein segnò una svolta nella fisica quantistica, ei dettagli del processo sono di continuo interesse nel mondo della scienza e oltre. Il modo in cui i movimenti di una particella quantistica elementare come l'elettrone sono influenzati all'interno di un ambiente molecolare ha un impatto significativo sulla nostra comprensione del processo di fotoemissione e delle forze che tengono insieme le molecole.

In stretta collaborazione con i ricercatori della King Saud University (KSU) di Riyadh (Arabia Saudita), e altri partner internazionali, il team di LAP ha ora determinato quanto tempo impiegano gli elettroni per essere fotoemessi da uno specifico atomo all'interno di una molecola (in questo caso, lo iodio in ioduro di etile). I tempi misurati erano nell'ordine delle decine di attosecondi. Un attosecondo è un miliardesimo di miliardesimo di secondo.

I ricercatori hanno utilizzato una serie di impulsi nella regione dei raggi X per eccitare l'elettrone mirato. L'uso dell'apprendimento automatico ha contribuito a migliorare la precisione dell'analisi dei dati sperimentali, e ha portato a confronti più accurati con le previsioni teoriche. "Il confronto dei dati sperimentali con le simulazioni teoriche ha finalmente rivelato l'influenza della molecola sul tempo necessario agli elettroni per il processo di fotoemissione, " spiega il professor Matthias Kling, che guida il gruppo Ultrafast Imaging e Nanophotonics all'interno del team LAP. I ricercatori hanno scoperto che il ritardo attribuibile all'ambiente molecolare aumentava man mano che l'energia degli impulsi luminosi, e quindi l'energia cinetica iniziale impartita agli elettroni, veniva ridotta.

Le osservazioni possono essere paragonate all'esplorazione di un paesaggio. Quando sorvolarlo, molti dettagli sul terreno rimangono inosservati. Al piano terra, ogni singolo urto si fa sentire. Lo stesso vale per gli elettroni eccitati. Se l'impulso iniziale è appena sufficiente per consentire loro di lasciare la molecola, l'effetto ritardante delle forze che tengono insieme la molecola è maggiore di quando il 'calcio' è sufficientemente energico per espellerle più prontamente.

"Le nostre osservazioni indicano che gli esperimenti che tracciano il tempo di fotoemissione ci permettono di conoscere le forze all'interno delle molecole, " spiega il professor Abdallah Azzeer, Responsabile del Laboratorio di Fisica degli Attosecondi presso la KSU di Riyadh. "Questi studi potrebbero migliorare la nostra comprensione degli effetti quantistici nelle molecole e nelle reazioni chimiche, " aggiunge la prof.ssa Alexandra Landsman della Ohio State University negli Stati Uniti, che guida il gruppo che ha condotto la maggior parte del lavoro teorico.