I raggi X sono una forma di radiazione elettromagnetica ad alta energia con lunghezze d’onda più corte della luce ultravioletta. Quando i raggi X interagiscono con la materia, possono staccare gli elettroni dai loro atomi, un processo noto come ionizzazione. La dinamica di questo processo avviene su scale temporali incredibilmente brevi, misurate in femtosecondi (un quadrilionesimo di secondo).
Per catturare queste dinamiche ultraveloci, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia di fotoemissione risolta nel tempo. Questa tecnica combina un laser a raggi X con un impulso laser ultracorto per eccitare gli elettroni e sondarne la risposta simultaneamente. Il laser a raggi X fornisce un impulso di raggi X ad alta energia per indurre la ionizzazione, mentre l’impulso laser ultracorto agisce come una luce stroboscopica, consentendo ai ricercatori di scattare istantanee della dinamica degli elettroni in diversi punti temporali.
Utilizzando questo approccio, il team guidato da scienziati dell’Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia di Amburgo, in Germania, è riuscito a catturare la dinamica di ionizzazione degli atomi di kripton in tempo reale. Gli esperimenti hanno rivelato un quadro dettagliato di come gli elettroni fuggono dai loro atomi genitori, fornendo preziose informazioni sui meccanismi sottostanti e sui tempi coinvolti.
I risultati hanno mostrato che il processo di ionizzazione avviene in modo graduale, con gli elettroni che inizialmente occupano stati intermedi prima di passare a livelli energetici più alti o di fuoriuscire completamente dall’atomo. La tempistica di questi passaggi potrebbe essere risolta con una precisione senza precedenti, fornendo una comprensione più profonda delle interazioni fondamentali a livello atomico.
Lo studio ha inoltre svelato il ruolo della correlazione elettronica nel processo di ionizzazione. La correlazione elettronica si riferisce alle interazioni e alle correlazioni tra diversi elettroni all'interno di un atomo. Analizzando i ritardi temporali tra le fasi di ionizzazione, i ricercatori hanno trovato prove di forti effetti di correlazione che influenzano la dinamica dell'emissione di elettroni.
La ricerca fornisce approfondimenti critici sulle interazioni fondamentali tra i raggi X e la materia, aprendo nuove strade per esplorare e controllare queste interazioni. Potrebbe avere implicazioni per vari campi, comprese le tecniche di imaging a raggi X, come i laser a elettroni liberi a raggi X, dove la dinamica ultraveloce della ionizzazione gioca un ruolo cruciale nella formazione dell’immagine.
La comprensione di queste dinamiche può anche contribuire allo sviluppo di nuovi materiali con proprietà elettroniche personalizzate e prestazioni migliorate per applicazioni nel campo dell'elettronica, dello stoccaggio dell'energia e della catalisi. Sfruttando la potenza della spettroscopia di fotoemissione risolta nel tempo, gli scienziati possono svelare i segreti della dinamica degli elettroni ultraveloci, aprendo la strada a progressi in varie frontiere scientifiche e tecnologiche.
