Hacia una descripción cuántica precisa de la dinámica molecular
Los protones de las moléculas y los átomos son unas mil ochocientas veces más pesados que los electrones, que se mueven continuamente a gran velocidad. Por este motivo, en la mayoría de los casos, los científicos asumen que los núcleos se mueven tan lentamente que los electrones permanecen en su estado fundamental para un conjunto determinado de posiciones del núcleo. Esta es la llamada aproximación de Born-Oppenheimer, que se ha utilizado de forma generalizada en simulaciones de mecánica cuántica de sistemas moleculares complejos. Sin embargo, en algunos casos no se puede aplicar esta aproximación. Por ejemplo, cuando un átomo se mueve hacia delante y hacia atrás en un metal, interactúa con otros electrones y pierde parte de su energía, que se transfiere al gas de electrones. Las fuerzas de resistencia que ejerce el gas de electrones sobre el átomo en vibración no son conservativas y la amortiguación de las vibraciones no se puede describir mediante la aproximación de Born-Oppenheimer. En el marco del proyecto (Extreme ultraviolet and X-ray spectroscopy to understand dynamics beyond the Born Oppenheimer approximation), financiado por la Unión Europea, los científicos fueron más allá de la aproximación de Born-Oppenheimer. El equipo desarrolló herramientas avanzadas aprovechando nuevos pulsos de luz de femtosegundos con el fin de estudiar complejos metalorgánicos. En particular, los científicos de XBEBOA aprovecharon la generación de armónicos elevados, una técnica para generar luz XUV temporal y espacialmente coherente, así como pulsos de luz tan breves como tan solo cientos de femtosegundos. El montaje experimental desarrollado consiste en una retícula de transitorios, espectrómetros de fotoelectrones y fotoiones con resolución temporal para estudios de gases y soluciones líquidas. En los primeros experimentos de la transición de fase de aislante a metal en muestras de dióxido de vanadio, fue posible distinguir las huellas espectrales de los procesos electrónicos y nucleares con claridad. Diferenciar la luz XUV próxima a los electrones excitados de las muestras analizadas con energías de fotones menores fue un problema importante para la espectroscopia ultrarrápida antes del proyecto XBEBOA. Además, el equipo pudo crear condiciones que permitieron a cada átomo de una molécula de buckminsterfullereno (C60) absorber múltiples fotones durante pulsos de rayos X de femtosegundos de duración. Con este fin, se utilizó un láser de electrones libres de una fuente de luz coherente linac. Para captar imágenes de proteínas y virus para el estudio de muestras biomoleculares se necesitan condiciones parecidas. Los científicos de XBEBOA esperan utilizar el montaje experimental después de la finalización del proyecto con el fin de calcular las propiedades de sólidos, líquidos y gases y evitar las aproximaciones excesivamente simplistas que se utilizaban en el pasado para describir su comportamiento mecanico-cuántico.
