L'analisi matematica avanzata della ionizzazione di un atomo di elio da parte di un protone impattante ha rivelato dove sorgono discrepanze tra gli esperimenti e i calcoli teorici esistenti del processo

Quando un atomo è colpito da un protone in rapido movimento, uno dei suoi elettroni orbitanti può essere scaraventato via, lasciando uno ione carico positivamente. Per comprendere questo processo, è importante che i ricercatori studino le distribuzioni negli angoli ai quali viaggiano gli elettroni quando vengono allontanati. In un nuovo studio pubblicato su EPJ D , M. Purkait e colleghi del Ramakrishna Mission Residential College in India hanno chiaramente identificato aree particolari in cui sorgono discrepanze tra le distribuzioni angolari misurate in teorie ed esperimenti.

I risultati del team potrebbero portare a calcoli più avanzati di questo processo di ionizzazione. A sua volta, tecniche teoriche migliorate potrebbero essere applicate in aree di vasta portata come la fisica del plasma, terapia del cancro, e lo sviluppo di nuove tecnologie laser. Con le ultime tecniche sperimentali, i fisici possono ora misurare con precisione come varieranno i percorsi angolari degli elettroni emessi, dipende sia dall'energia dell'elettrone, e la quantità di moto trasferita dal protone impattante. Queste distribuzioni sono descritte in calcoli denominati "sezioni trasversali completamente differenziali" (FDCS), essenziali per guidare i modelli teorici del processo di ionizzazione. Finora, però, calcoli teorici hanno spesso contrastato in modi incerti con FDCS ottenuti sperimentalmente.

Nel loro studio, Il team di Purkait ha studiato la ionizzazione di un atomo di elio da un impatto protonico. Poiché un nucleo di elio contiene due protoni e due neutroni, i ricercatori hanno studiato il processo utilizzando un'approssimazione di "onda distorta a quattro corpi" (DW-4B). Con questo set di strumenti, potrebbero approssimare le interazioni profondamente complesse coinvolte utilizzando una matematica più semplice. Ciò ha permesso loro di spiegare i comportamenti dell'elettrone emesso e dell'urto del protone nel campo elettrico del nucleo di elio, e come la posizione del nucleo è a sua volta distorta. Confrontando i loro risultati con gli FDCS misurati in recenti esperimenti, il team ha scoperto di essere d'accordo ragionevolmente bene a energie ad alto impatto. Discrepanze evidenti sono sorte solo per valori più elevati di trasferimento di quantità di moto protone-elettrone, e per gli elettroni di energia intermedia. Il team ora spera che i loro risultati possano portare a miglioramenti delle tecniche teoriche nella ricerca futura.