Nuevas herramientas esclarecen las dinámicas moleculares en la escala de los attosegundos
Los pulsos de luz intensos permiten generar imágenes de estructuras y procesos dinámicos de moléculas individuales con una resolución espacial sub-Angstrom y una resolución temporal de attosegundos. Un attosegundo es igual a una milésima de femtosegundo. Estos campos de luz intensa provocan inevitablemente procesos dinámicos complejos, y la generación de imágenes depende de la comprensión de estos procesos dinámicos, en gran parte desconocidos. El proyecto CORINF (Correlated multielectron dynamics in intense light fields), financiado por la UE, tenía como objetivo registrar la respuesta multielectrónica correlacionada en presencia de campos de luz controlados de alta intensidad en el infrarrojo (IR), el ultravioleta extremo (XUV) y el rango espectral de los rayos X. Parte del trabajo se orientó hacia la elaboración de un marco teórico para la dinámica molecular y de agrupaciones durante la aplicación de pulsos intensos de luz infrarroja. Estos pulsos ofrecen oportunidades únicas para la autogeneración de imágenes moleculares: el campo infrarrojo expulsa un electrón de una molécula y lo acelera en una fracción del ciclo de láser. A continuación, lo devuelve a la molécula original y capta una instantánea a partir de la difracción electrón-molécula o la recombinación radiactiva electrón-hueco. Los científicos descubrieron que los espectros electrónicos contienen información sobre la resolución espacial, así como patrones holográficos con resolución temporal. Estos registran información de la amplitud y la fase relativa a la dispersión del haz de electrones coherente. En cuanto a la recombinación radiactiva electrón-hueco, los miembros del proyecto fueron capaces de mostrar cómo se registra la información espaciotemporal en las propiedades de la luz emitida, es decir, su intensidad, fase y polarización. También se descubrió un nuevo fenómeno al utilizar pulsos de rayos X intensos y cortos. La ionización masiva en paralelo en agrupaciones y moléculas grandes se puede dar cuando muchos fotones de rayos X producen un número igual de fotoelectrones. Este efecto debería ser importante para todos los experimentos de generación de imágenes moleculares basados en láser de electrones libres. Otro logro del proyecto fue el establecimiento de enfoques analíticos y computacionales para la ionización intensa de campo IR y las emisiones de alta frecuencia en moléculas poliatómicas. Además, los científicos desarrollaron nuevas herramientas computacionales para estudiar la interacción de moléculas y agrupaciones con la combinación de fase fija de pulsos infrarrojos de femtosegundos y pulsos XUV de attosegundos. Se creó un código matemático que fue determinante para estudiar la ionización sencilla y doble en presencia de campos intensos IR y XUV. Los integrantes del proyecto distribuyeron diversos programas de software gratuitos y de código libre que calculaban las tasas de ionización de las moléculas. Se puede acceder a ese software por Internet, y también a otras herramientas avanzadas de análisis de las fotoemisiones. Asimismo, se puede acceder por Internet a programas especializados que resuelven ecuaciones de Schrödinger y Maxwell. También cabe destacar el hallazgo de que la presencia de protones en la absorción de rayos X por grandes moléculas y agrupaciones ayuda a mitigar los daños por radiación, al alejar la energía depositada por los fotones. Este hallazgo posee una importancia especial no sólo para obtener imágenes de moléculas a resoluciones espaciales sub-angstrom y temporales de 1 femtosegundo, sino también para conocer mejor los daños por radiación provocados por fuentes de rayos X muy intensas. Las actividades de formación de CORINF abarcaron la física atómica, molecular y óptica, la generación de imágenes ultrarrápida y la química cuántica, con énfasis en la interacción intensa láser-materia y las dinámicas de muchos cuerpos.
Palabras clave
Attosegundo, moléculas poliatómicas, Angstrom, campos de luz intensa, CORINF, daños por radiación
