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Los atosegundos representan la escala de tiempo en que se mueve la dinámica electrónica de los átomos. Para registrar en tiempo real estos movimientos atómicos hay que excitar y medir la duración de las transiciones que se producen a esta escala infinitesimal de la materia.
La observación reciente de impulsos lumínicos a la escala de femtosegundos (equivalentes a 10 elevado a potencia de -15 segundos) ha acelerado las técnicas de los registros atómicos, que han pasado a medirse en atosegundos (10 elevado a la potencia de –18 segundos).
El profesor Ferenc Krausz y su equipo del Instituto de Fotónica de la Universidad Técnica de Viena, han trabajado junto a investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching y de la universidad de Bielefeld, para conseguir esta medición inédita, cuyo relato se publica en la revista Nature.
Rayos de 250 atosegundos
Los investigadores han demostrado que es posible generar y medir los impulsos de rayos X que duran 250 atosegundos. Estos impulsos proceden de un gas de neon cuyos átomos son ionizados por impulsos de un láser de una duración de 2,5 femtosegundos.
Los impulsos de rayos X excitan los átomos de un fotocátodo, material que convierte los fotones de rayos X en electrones. Estos electrones incidentes son de dos tipos, primarios y secundarios. Al pasar por una cámara, estos electrones dejan grabada una imagen “tomográfica” de sí mismos que es la que sirve para medir los impulsos regulares de los átomos de neón, a la velocidad de 250 atosegundos.
Gracias a este procedimiento es posible observar también a los electrones secundarios, más breves, que se mueven a la velocidad de 100 atosegundos, desvelando así las transiciones atómicas que se producen en el envoltorio electrónico de los átomos del fotocátodo.
La atofísica, nueva ciencia
El experimento consolida una nueva ciencia, la atofísica, que no sólo permite observar los intervalos de tiempo que se producen cuando los electrones se desplazan alrededor de sus átomos, sino que también pretende controlar los cambios que se producen en el interior mismo del átomo, lo que nos sitúa a las puertas de un nuevo Universo de posibilidades respecto a la manipulación de la materia.
Un átomo no es exactamente el equivalente a una pelota de tenis, sino más bien una nube compuesta esencialmente de vacío en el seno de la cual se encuentra un núcleo orbitado por electrones. Son estos movimientos de electrones los que se miden en atosegundos y su dinámica es la que genera las fluctuaciones de energía procedentes del átomo.
Hace mucho tiempo que la ciencia persigue la observación y medida de estos fenómenos íntimos de la materia, pero no ha sido sino con la llegada de los láser que este conocimiento ha avanzado realmente.
Son precisamente rayos láser ultrarrápidos (también llamados láseres femtosegundos), hechos con pulsaciones ultracortas de rayos X, los que han permitido tomar esas fotos íntimas de la materia en sus procesos más elementales.
Flashes fotográficos
De la misma forma que los flashes de milésimas de segundo permiten fotografiar una bala de revólver en pleno vuelo, impulsos luminosos medidos en femtosegundos pueden capturar reacciones químicas entre grupos de átomos o moléculas.
Para llegar sin embargo a los movimientos que se producen en el interior del átomo, como las órbitas de los electrones, esos impulsos luminosos deben ser todavía más rápidos.
El objetivo es llegar a capturar el tiempo utilizado por un electrón para rodear su protón en el átomo más pequeño, el de hidrógeno, cuya duración es de 24 atosegundos.
Esa observación no se ha conseguido todavía, pero es evidente que se avanza claramente hacia ella. Los 100 atosegundos capturados en el último experimento es la antesala de proezas mucho mayores.
l más pequeño intervalo posible de tiempo ha sido medido por científicos de la Universidad de Viena. Utilizando impulsos cortos de láser, vieron un electrón moviéndose dentro de un átomo y fueron capaces de medir sucesos de hasta 100 atosegundos.
Los atosegundos representan la escala de tiempo en que se mueve la dinámica electrónica de los átomos. Para registrar en tiempo real estos movimientos atómicos hay que excitar y medir la duración de las transiciones que se producen a esta escala infinitesimal de la materia.
La observación reciente de impulsos lumínicos a la escala de femtosegundos (equivalentes a 10 elevado a potencia de -15 segundos) ha acelerado las técnicas de los registros atómicos, que han pasado a medirse en atosegundos (10 elevado a la potencia de –18 segundos).
El profesor Ferenc Krausz y su equipo del Instituto de Fotónica de la Universidad Técnica de Viena, han trabajado junto a investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching y de la universidad de Bielefeld, para conseguir esta medición inédita, cuyo relato se publica en la revista Nature.
Rayos de 250 atosegundos
Los investigadores han demostrado que es posible generar y medir los impulsos de rayos X que duran 250 atosegundos. Estos impulsos proceden de un gas de neon cuyos átomos son ionizados por impulsos de un láser de una duración de 2,5 femtosegundos.
Los impulsos de rayos X excitan los átomos de un fotocátodo, material que convierte los fotones de rayos X en electrones. Estos electrones incidentes son de dos tipos, primarios y secundarios. Al pasar por una cámara, estos electrones dejan grabada una imagen “tomográfica” de sí mismos que es la que sirve para medir los impulsos regulares de los átomos de neón, a la velocidad de 250 atosegundos.
Gracias a este procedimiento es posible observar también a los electrones secundarios, más breves, que se mueven a la velocidad de 100 atosegundos, desvelando así las transiciones atómicas que se producen en el envoltorio electrónico de los átomos del fotocátodo.
La atofísica, nueva ciencia
El experimento consolida una nueva ciencia, la atofísica, que no sólo permite observar los intervalos de tiempo que se producen cuando los electrones se desplazan alrededor de sus átomos, sino que también pretende controlar los cambios que se producen en el interior mismo del átomo, lo que nos sitúa a las puertas de un nuevo Universo de posibilidades respecto a la manipulación de la materia.
Un átomo no es exactamente el equivalente a una pelota de tenis, sino más bien una nube compuesta esencialmente de vacío en el seno de la cual se encuentra un núcleo orbitado por electrones. Son estos movimientos de electrones los que se miden en atosegundos y su dinámica es la que genera las fluctuaciones de energía procedentes del átomo.
Hace mucho tiempo que la ciencia persigue la observación y medida de estos fenómenos íntimos de la materia, pero no ha sido sino con la llegada de los láser que este conocimiento ha avanzado realmente.
Son precisamente rayos láser ultrarrápidos (también llamados láseres femtosegundos), hechos con pulsaciones ultracortas de rayos X, los que han permitido tomar esas fotos íntimas de la materia en sus procesos más elementales.
Flashes fotográficos
De la misma forma que los flashes de milésimas de segundo permiten fotografiar una bala de revólver en pleno vuelo, impulsos luminosos medidos en femtosegundos pueden capturar reacciones químicas entre grupos de átomos o moléculas.
Para llegar sin embargo a los movimientos que se producen en el interior del átomo, como las órbitas de los electrones, esos impulsos luminosos deben ser todavía más rápidos.
El objetivo es llegar a capturar el tiempo utilizado por un electrón para rodear su protón en el átomo más pequeño, el de hidrógeno, cuya duración es de 24 atosegundos.
Esa observación no se ha conseguido todavía, pero es evidente que se avanza claramente hacia ella. Los 100 atosegundos capturados en el último experimento es la antesala de proezas mucho mayores.
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