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Scienziati..fino a dentro le molecole

molecole di acqua

Alcuni fisici in Europa sono riusciti a scorgere il movimento degli elettroni nelle molecole, offrendo un grande vantaggio al mondo della ricerca. Sapere come gli elettroni si muovono all’interno delle molecole faciliterà l’osservazione e aumenterà la nostra comprensione delle reazioni chimiche. Lo studio, presentato sulla rivista Nature, è supportato attraverso tre progetti finanziati dall’UE, che hanno ricevuto un totale di 14,4 milioni di euro .

I progetti XTRA (“Ultrashort XUV (extreme ultra-violet) pulses for time-resolved and non-linear applications”) e MAXLAS (“Emerging X-ray science and technology: combining laser and accelerator physics”) hanno ricevuto 3 e 1,4 milioni di euro, rispettivamente, nell’ambito delle sovvenzioni per la mobilità Marie Curie del Sesto programma quadro (6° PQ). Il progetto LASERLAB-EUROPE (“The integrated initiative of European laser research infrastructures II”) è finanziato attraverso la linea di bilancio “Infrastrutture di ricerca” del Settimo programma quadro (7° PQ) per un importo di 10 milioni di euro.

I fisici, guidati dal professor Marc Vrakking, direttore del Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI, Istituto di Ottica Nonlineare e Spettroscopia Ultrarapida) in Germania, hanno utilizzato impulsi laser ad attosecondi per compiere quest’ultima prodezza tecnica. In passato gli scienziati non erano in grado di osservare questo movimento, a causa della estrema rapidità degli elettroni.

Un attosecondo è un miliardesimo di un miliardesimo di secondo. La luce copre una distanza di meno di 1 milionesimo di millimetro durante un attosecondo. Ciò corrisponde praticamente alla distanza da un capo all’altro di una piccola molecola. Con la creazione di impulsi laser ad attosecondi, gli scienziati hanno potuto scattare “immagini” dei movimenti degli elettroni all’interno delle molecole.

Ai fini del presente studio, i fisici hanno osservato la molecola di idrogeno (H2), che, essendo composta da soli due protoni e due elettroni, gli esperti chiamano la “molecola più semplice”. Il team ha utilizzato un laser ad attosecondi per determinare come avviene la ionizzazione all’interno di una molecola di idrogeno. Durante la ionizzazione viene rimosso un elettrone dalla molecola, mentre cambia lo stato di energia dell’altro elettrone.

“Nel nostro esperimento abbiamo potuto mostrare per la prima volta che con l’aiuto di un laser ad attosecondi siamo veramente in grado di osservare il movimento degli elettroni all’interno delle molecole”, ha spiegato il professor Vrakking. “Prima 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 utilizzando un raggio laser ad infrarossi, proprio come fosse un paio di forbicine”, ha aggiunto. “Questo ci ha permesso di esaminare in che modo la carica si distribuiva tra i due frammenti; dal momento che uno degli elettroni manca, un frammento sarà neutrale e l’altro a carica positiva. Sapevamo dove si trovava l’elettrone rimanente: nella parte neutrale”.

Negli ultimi 30 anni circa gli scienziati hanno usato il laser a femtosecondi per esaminare molecole e atomi. Un femtosecondo è un milionesimo di un miliardesimo di secondo, ovvero è 1.000 volte più lento di un attosecondo. È facile tracciare il movimento di molecole e atomi quando si usano i laser a femtosecondi.

Gli scienziati hanno cercato di far avanzare questa tecnologia con lo sviluppo di laser ad attosecondi, di cui beneficiano diversi studi di scienze naturali, compreso lo studio qui esposti.

Commentando i calcoli e la complessità del problema, il co-autore dott. Matthias Kling dell’Istituto Max-Planck di ottica quantistica, in Germania, ha detto: “Abbiamo scoperto che anche gli stati doppiamente eccitati, cioè con eccitazione di entrambi gli elettroni di idrogeno molecolare, possono contribuire alla dinamica osservata”.

Il professor Vrakking ha concluso: “Non abbiamo – come inizialmente auspicato – risolto il problema. Invece, abbiamo semplicemente aperto una porta. Ma in realtà ciò rende l’intero progetto molto più importante e interessante”.

Hanno offerto un contributo prezioso a questo studio scienziati provenienti da Colombia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Spagna, Svezia e Regno Unito.

Per maggiori informazioni, visitare:

Nature:
http://www.nature.com/nature

Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie:
http://www.mbi-berlin.de/index_en.html

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