Físicos europeos han logrado observar el movimiento de electrones en el interior de moléculas, un hito de enorme relevancia para el mundo de la ciencia. Conocer cómo se mueven los electrones en el interior de las moléculas facilitará en gran medida las observaciones físicas y permitirá una comprensión más profunda de las reacciones químicas. En la revista Nature se ha publicado un artículo acerca de este trabajo, el cual contó con un presupuesto total de 14,4 millones de euros proporcionado por tres proyectos comunitarios.
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Los proyectos XTRA («Impulsos ultracortos en el ultravioleta extremo para aplicaciones no lineales y con resolución temporal») y MAXLAS («Ciencia y tecnología de rayos X de nueva generación: combinación de física de aceleradores y láseres») cuentan con una financiación de 3 y 1,4 millones de euros respectivamente procedentes del programa de movilidad Marie Curie del Sexto Programa Marco (6PM). Por su parte, el proyecto LASERLAB-EUROPE («Iniciativa integrada de infraestructuras europeas de investigación con láser II») está dotado de 10 millones de euros a través de la partida presupuestaria «Infraestructuras de investigación» del Séptimo Programa Marco (7PM).
El equipo de físicos mencionado, dirigido por el profesor Marc Vrakking, director del «Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopia de Impulsos Cortos» (Alemania), se valió de impulsos de láser de attosegundos para conseguir esta importante hazaña de la técnica. Hasta ahora no se había conseguido observar el movimiento de los electrones por su fabulosa velocidad.
Un attosegundo es la trillonésima parte de un segundo. En ese tiempo, la luz recorre una distancia menor a una millonésima de milímetro, es decir, aproximadamente la distancia que media entre los dos extremos de una molécula de pequeñas dimensiones. Al generar impulsos de láser de attosegundos, los científicos lograron captar instantáneas de los movimientos de los electrones en el interior de moléculas.
Concretamente, los físicos examinaron moléculas de hidrógeno (H2), que se componen tan sólo de dos protones y dos electrones y que en ciencia se consideran las moléculas más sencillas. Los autores emplearon su láser de attosegundos para determinar cómo se produce la ionización en el interior de una molécula de hidrógeno. La ionización consiste en la eliminación de un electrón de la molécula, lo cual altera el estado energético del electrón restante.
«En nuestro experimento conseguimos demostrar por primera vez que, con la ayuda de un láser de attosegundos, se puede observar el movimiento de electrones en el interior de moléculas», explicó el profesor Vrakking. «Primero irradiamos una molécula de hidrógeno con un impulso de láser de attosegundos. De este modo se eliminó uno de los electrones de la molécula y ésta quedó ionizada. Además, dividimos la molécula en dos partes aplicando un haz de láser infrarrojo, como si de unas tijeras diminutas se tratara», añadió. «De esta forma pudimos examinar de qué forma se distribuyó la carga entre las dos mitades. Al faltar un electrón, una mitad será neutra y la otra tendrá carga positiva. Sabíamos que el electrón restante se hallaría en la parte neutra.»
Hace cerca de treinta años que se utilizan láseres de femtosegundos para examinar moléculas y átomos. Un femtosegundo es la milbillonésima parte de un segundo, por lo que dura mil veces más que un attosegundo. Con el láser de femtosegundos es fácil seguir el movimiento de las moléculas y los átomos.
Ahora estos científicos han llevado esta tecnología un paso más allá al crear láseres de attosegundos, que serán de gran utilidad no sólo para estudios de física como éste, sino también de diversas ramas de las ciencias naturales.
En alusión a los cálculos y al grado de complejidad logrados por este trabajo, uno de los autores, el Dr. Matthias Kling del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania), indicó: «Observamos que los estados de doble excitación, es decir, cuando los dos electrones de la molécula de hidrógeno se encuentran excitados, también pueden contribuir a la dinámica observada».
El profesor Vrakking concluyó diciendo: «Pese a nuestras expectativas, no hemos solucionado el problema. Más bien al contrario, tan sólo hemos abierto una puerta. Pero lo cierto es que este logro aumenta la importancia y el interés de todo este proyecto.»
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