Dinamica elettronica nell'idrogeno molecolare in seguito alla fotoionizzazione mediante impulso laser ad attosecondi. L'elettrone rimanente nella molecola (raffigurato in verde) viene misurato sperimentalmente e mostrato come un paesaggio montano. Colline e valli corrispondono a una maggiore probabilità di trovare l'elettrone rispettivamente sul lato sinistro e destro della molecola. © Christian Hackenberger
(PhysOrg.com) -- I fisici in Europa hanno intravisto con successo il movimento degli elettroni nelle molecole. I risultati sono un grande vantaggio per il mondo della ricerca. Sapere come si muovono gli elettroni all'interno delle molecole faciliterà le osservazioni e alimenterà la nostra comprensione delle reazioni chimiche.
Presentato sulla rivista Natura , lo studio è sostenuto tramite tre progetti finanziati dall'UE.
I fisici, guidato dal professor Marc Vrakking, Direttore del Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy in Germania, ha utilizzato impulsi laser ad attosecondi per concludere quest'ultima impresa tecnica. Gli scienziati non sono stati in grado di osservare questo movimento in passato a causa dell'estrema velocità degli elettroni.
Un attosecondo è un miliardesimo di miliardesimo di secondo. La luce copre una distanza inferiore a 1 milionesimo di millimetro durante un attosecondo. Questo è sostanzialmente uguale alla distanza da un'estremità all'altra di una piccola molecola. Creando impulsi laser ad attosecondi, gli scienziati potrebbero scattare "immagini" dei movimenti degli elettroni all'interno delle molecole.
Ai fini di questo studio, i fisici hanno osservato la molecola di idrogeno (H 2 ) - con solo due protoni e due elettroni, gli esperti chiamano H2 la "molecola più semplice". Il team ha utilizzato il laser ad attosecondi per determinare come avviene la ionizzazione all'interno di una molecola di idrogeno. Durante la ionizzazione, un elettrone viene rimosso dalla molecola mentre cambia lo stato energetico dell'altro elettrone.
"Nel nostro esperimento siamo stati in grado di dimostrare per la prima volta che con l'aiuto di un laser ad attosecondi abbiamo davvero la capacità di osservare il movimento degli elettroni nelle molecole, ' ha spiegato il professor Vrakking. “Per prima cosa abbiamo irradiato una molecola di idrogeno con un impulso laser ad attosecondi. Ciò ha portato alla rimozione di un elettrone dalla molecola:la molecola è stata ionizzata. Inoltre, abbiamo diviso la molecola in due parti usando un raggio laser infrarosso, proprio come con un minuscolo paio di forbici, ' Ha aggiunto. "Questo ci ha permesso di esaminare come la carica si è distribuita tra i due frammenti - poiché manca un elettrone, un frammento sarà neutro e l'altro carico positivamente. Sapevamo dove si poteva trovare l'elettrone rimanente, cioè nella parte neutra».
Negli ultimi 30 anni circa, gli scienziati hanno utilizzato i laser a femtosecondi per esaminare molecole e atomi. Un femtosecondo è un milionesimo di un miliardesimo di secondo, quindi fa 1, 000 volte più lento di un attosecondo. È facile monitorare il movimento di molecole e atomi quando si utilizzano i laser a femtosecondi.
Gli scienziati hanno contribuito a far progredire questa tecnologia sviluppando laser ad attosecondi, che stanno avvantaggiando diversi studi nelle scienze naturali, incluso lo studio qui delineato.
Commentando i calcoli e la complessità del problema, co-autore Dr Matthias Kling del Max-Planck Institut für Quantenoptik in Germania, ha detto:"Abbiamo scoperto che anche gli stati doppiamente eccitati, cioè con eccitazione di entrambi gli elettroni dell'idrogeno molecolare, può contribuire alle dinamiche osservate.'
Il professor Vrakking ha concluso:'Non abbiamo - come inizialmente previsto - risolto il problema. Anzi, abbiamo semplicemente aperto una porta. Ma in realtà questo rende l'intero progetto molto più importante e interessante.'
