Una squadra internazionale dalla Germania, Svezia, Russia e Stati Uniti, guidato da scienziati dell'XFEL europeo, ha pubblicato i risultati di un esperimento che potrebbe fornire un modello per l'analisi degli stati di transizione negli atomi e nelle molecole. Ciò aprirebbe nuove opportunità per acquisire informazioni su processi importanti come la fotocatalisi, fasi elementari della fotosintesi e del danno da radiazioni.

È stato il primissimo esperimento utente effettuato presso lo strumento Small Quantum System (SQS) dell'XFEL europeo. Gli scienziati hanno utilizzato la spettroscopia elettronica ad alta risoluzione per catturare un'istantanea dello stato transitorio di breve durata prodotto quando i raggi X perforano un buco nel nucleo stesso della nuvola di elettroni atomici. I risultati dello studio, che è stato effettuato su atomi di neon, sono il punto di partenza per l'analisi degli stati transitori e sono stati pubblicati in Revisione fisica X .

Lo stato transitorio estremamente breve del neon uscito dal nucleo dura solo 2,4 femtosecondi. Per contestualizzare un femtosecondo:un femtosecondo sta a un secondo come un secondo sta a circa 31,71 milioni di anni. "L'XFEL europeo ci consente di utilizzare un numero elevato di impulsi laser al secondo e un'elevata energia degli impulsi. Ciò significa che possiamo portare un numero molto elevato di fotoni nel campione, che è cruciale per sondare tali stati atomici transitori, " spiega Tommaso Mazza, l'autore principale dell'articolo.

"Abbiamo usato intensi impulsi a raggi X per rimuovere prima gli elettroni dal guscio interno, o nucleo, di un atomo di neon e poi ha usato un secondo fotone dallo stesso impulso di raggi X per mappare l'atomo "vuoto", " dice Mazza. "Questa è la prima volta che gli scienziati sono in grado di ottenere informazioni sulla struttura elettronica di questo stato transitorio core-hole mediante spettroscopia elettronica indotta da raggi X, e, più precisamente, misurando l'energia degli elettroni emessi dopo l'eccitazione da parte del secondo fotone mentre cambia gradualmente la lunghezza d'onda degli impulsi a raggi X, " Aggiunge.

Leading Scientist presso SQS Michael Meyer sottolinea che i risultati di questo articolo insieme a un articolo recentemente pubblicato in Scienza mostrano l'eccezionale possibilità di controllare e sondare in modo efficiente le eccitazioni di specifiche subshell elettroniche presso lo strumento SQS. "Possiamo abilitare eccitazioni atomiche o specifiche per elemento in bersagli molecolari e studiare in modo indipendente per ciascun atomo l'influenza sulla dinamica molecolare indotta dai fotoni, ", afferma. Mirare a un atomo specifico in una molecola consente agli scienziati di acquisire una comprensione più profonda del comportamento dei singoli elementi costitutivi nell'assemblaggio molecolare sotto intensa irradiazione.

L'XFEL europeo nell'area di Amburgo è un grande impianto laser a raggi X internazionale. Sono 27, 000 lampi di raggi X al secondo e la loro elevata brillantezza aprono opportunità completamente nuove per la scienza. Gruppi di ricerca di tutto il mondo sono in grado di mappare i dettagli atomici dei virus, decifrare la composizione molecolare delle cellule, scattare "foto" tridimensionali del nanomondo, reazioni chimiche "film", e studiare processi come quelli che si verificano nelle profondità dei pianeti.