Le nostre vite sono governate da processi submicroscopici nel nanocosmo. Infatti molti fenomeni naturali iniziano con un minuscolo cambiamento negli stati degli atomi o delle molecole, innescato dalle radiazioni. Uno di questi processi è stato ora chiarito da un team guidato dal Prof. Matthias Kling e dal Dr. Boris Bergues presso il Laboratory for Attosecond Physics (LAP), che è gestito congiuntamente dalla Ludwig-Maximilians Universität (LMU) e dal Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ). Il gruppo ha studiato come le molecole attaccate alla superficie delle nanoparticelle hanno risposto all'irradiazione con la luce. I processi molecolari indotti dalla luce sulle nanoparticelle svolgono un ruolo importante nella chimica atmosferica, e può infine influenzare il nostro clima.

Il nanocosmo è costantemente in movimento. Tutti i processi naturali sono in ultima analisi determinati dall'interazione tra radiazione e materia. La luce colpisce le particelle e induce reazioni. Alterando gli stati energetici degli elettroni, rimescola gli atomi e provoca la riconfigurazione delle molecole. Questi processi sono notevolmente accelerati quando i reagenti vengono assorbiti sulla superficie delle nanoparticelle nell'atmosfera. Questo fenomeno è cruciale per la fotochimica dell'atmosfera e quindi ha un impatto sulla nostra salute e sul clima. Uno dei processi molecolari guidati dalla luce che si verificano sugli aerosol è stato ora studiato in dettaglio dai ricercatori guidati dal Prof. Matthias Kling e dal Dr. Boris Bergues presso il Laboratorio di Fisica degli Attosecondi, che è gestito congiuntamente da LMU e MPQ. Il gruppo ha sviluppato un nuovo metodo, chiamata nanoscopia di reazione, che permette di studiare le transizioni fisico-chimiche elementari su interfacce solide. Ora lo hanno usato per caratterizzare la reazione dell'etanolo con le molecole d'acqua sulla superficie delle nanoparticelle di vetro sotto l'influenza della luce laser ad alta intensità.

I ricercatori hanno irradiato le particelle sferiche con impulsi laser ultracorti, ciascuno della durata di pochi femtosecondi. Un femtosecondo è un milionesimo di miliardesimo di secondo (da 10 a 15 secondi). Con l'aiuto della nanoscopia di reazione, sono stati in grado di registrare questa interazione ultracorta in tre dimensioni con una risoluzione nanometrica. "Abbiamo osservato il distacco e l'accelerazione degli ioni idrogeno dalle molecole sulla superficie delle nanoparticelle. La capacità di farlo costituisce la base per l'elevata risoluzione spaziale della nostra tecnica di imaging, " spiega Boris Bergues. "Poiché la tecnologia ci consente di determinare la posizione esatta sulla nanoparticella con la più alta resa di reazione, possiamo tracciare reazioni di molecole adsorbite sulla superficie di aerosol con elevata risoluzione spaziale", aggiunge Matthias Kling.

Tali processi sono onnipresenti, soprattutto nei campi della fisica atmosferica e dell'astrochimica. Per esempio, la luce nella nostra atmosfera interagisce con gli aerosol e le molecole ad essi collegate, innescando reazioni successive che possono essere importanti per lo sviluppo del nostro clima. Nell'universo, processi chimici simili si verificano sui granelli di polvere più piccoli in condizioni estreme. Qui, le molecole si formano e subiscono reazioni, un processo che potrebbe anche contribuire alla sintesi di biomolecole.

A breve termine, i risultati ottenuti con la nuova procedura analitica dai fisici laser di Monaco possono fornire utili spunti, soprattutto nel campo della chimica atmosferica. Infine, potrebbero portare a una migliore comprensione delle reazioni sugli aerosol, e potrebbe anche indicare modi per rallentare il tasso o mitigare gli effetti del cambiamento climatico.