Nuovi strumenti gettano luce sulle dinamiche molecolari ad attosecondi
Gli impulsi di luce intensa offrono l’opportunità di visualizzare le strutture e la dinamica di molecole individuali a risoluzione spaziale della sotto scala di Angstrom e a livello temporale di attosecondi. Un attosecondo equivale a un millesimo di femtosecondo. Questi campi di luce intensa eccitano inevitabilmente le dinamiche complesse e la visualizzazione riuscita dipende dalla comprensione di queste dinamiche in gran parte ancora sconosciute. Il progetto CORINF (Correlated multielectron dynamics in intense light fields), finanziato dall’UE, ha cercato di “filmare” la risposta multi-elettrone correlata ai campi di luce ad alta intensità controllati nello spettro infrarosso (IR), dell’estremo ultravioletto (XUV) e a raggi X. Una parte del lavoro è stata orientata verso l’ottenimento di un quadro teorico per la dinamica molecolare e relativa a cluster, durante l’utilizzo di intensi impulsi di luce IR. Questi offrono un’opportunità unica per questa auto-immagine molecolare: il campo IR rimuove un elettrone da una molecola e lo accelera in una frazione del ciclo del laser. Lo lancia indietro alla molecola di origine e cattura un’immagine attraverso la diffrazione dell’elettrone-molecola o la ricombinazione elettrone lacuna radiativa. Gli scienziati hanno scoperto che lo spettro dell’elettrone contiene informazioni spaziali risolte e anche modelli olografici temporali risolti. Questi registrano l’ampiezza e le informazioni di fase sullo spargimento del raggio coerente di elettroni. Per quanto riguarda la ricombinazione elettrone lacuna radiativa, i membri del progetto sono stati in grado di dimostrare che le informazioni spazio-temporali sono registrate nella proprietà della luce emessa, la sua intensità, fase e polarizzazione. È stato scoperto un nuovo fenomeno utilizzando impulsi intensi corti di raggi X. Un’enorme ionizzazione parallela in gruppi e molecole di grandi dimensioni può accadere quando i fotoni dei raggi X producono un numero uguale di fotoelettroni. Questo effetto potrebbe essere rilevante per tutti gli esperimenti delle visualizzazioni molecolari basate sui laser senza elettroni. Un altro successo del progetto è stato stabilire gli approcci analitici e computazionali per la ionizzazione intensa di campi IR e per l’emissione ad alta frequenza in molecole poliatomiche. Inoltre, gli scienziati hanno sviluppato nuovi strumenti computazionali per l’interazione di molecole e gruppi con la combinazione di fase bloccata di impulsi di un attosecondo XUV e di femtosecondi IR. Un codice numerico è stato determinante per lo studio di ionizzazione singola e doppia in presenza di forti campi IR e XUV. I membri del progetto hanno distribuito diversi software gratuiti e open source per il calcolo dei tassi di ionizzazione delle molecole disponibili online, così come altri strumenti sofisticati per l’analisi della fotoemissione. Inoltre, alcuni programmi specializzati che risolvono le equazioni di Schrödinger e Maxwell sono disponibili online. Un ulteriore punto importante è dato dal fatto che la presenza di protoni nell’assorbimento di raggi X da grandi molecole e cluster consente di ridurre i danni da radiazioni, portando via l’energia depositata dai fotoni. Questo risultato è particolarmente importante non solo per l’immaginografia di molecole a livello spaziale sub-angstrom e con risoluzioni temporali a un femtosecondo, ma anche per migliorare la comprensione circa i danni da radiazioni provenienti da sorgenti a raggi X molto intense. Le attività di formazione di CORINF includevano la fisica atomica, molecolare e ottica, la visualizzazione ultraveloce e la chimica quantistica con un’enfasi sull’interazione laser-materia e le dinamiche multi-corpo.
Parole chiave
Attosecondi, molecole poliatomiche, angstrom, campi di luce intensa, CORINF, danni da radiazioni
