Ricercatori finanziati dall'UE più vicini alla doppia ionizzazione
Normalmente, quando un intenso impulso laser interagisce con un atomo genera agitazione su micro scala e questa interazione produce una singola ionizzazione, nella quale un elettrone viene espulso dall'atomo. A volte, però, due elettroni possono essere espulsi dall'atomo allo stesso tempo, il che ha come risultato il processo più complesso della doppia ionizzazione. Adesso alcuni ricercatori provenienti da Germania e Stati Uniti hanno osservato questo processo su scale temporali dell'attosecondo (un attosecondo è un miliardesimo di un miliardesimo di secondo) e hanno presentato le loro scoperte in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature Communications. Lo studio è stato sostenuto dal progetto ATTOFEL ("Ultrafast Dynamics using ATTosecond and XUV Free Electron Laser Sources") che è stato finanziato tramite un contributo della Rete Marie Curie per la formazione iniziale nell'ambito del tema "Persone" del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'UE e dal progetto Laserlab-Europe ("The Integrated Initiative of European Laser Research Infrastructures"), un Consorzio europeo di importanti infrastrutture per la ricerca sul laser, finanziato in parte con 8.650.000 euro nell'ambito dell'iniziativa Infrastrutture integrate del tema "Capacità" del 7° PQ. I ricercatori spiegano che il processo della doppia ionizzazione assomiglia a una partita di biliardo, nella quale, dopo una collisione, una palla mette in movimento un'altra palla. La forte luce laser prima espelle un elettrone dall'atomo, lo accelera verso fuori e poi indietro verso il nucleo dell'atomo. Durante la collisione l'elettrone trasferisce parte della sua energia su un secondo elettrone, che viene stimolato verso uno stato eccitato del nucleo. Poco dopo, il campo elettrico dell'impulso laser libera il secondo elettrone dal nucleo atomico. Poiché la doppia ionizzazione non sequenziale di solito consiste in molte di queste ri-collisioni ed episodi di eccitazione, in genere è difficile interpretare con precisione i risultati degli esperimenti. Per superare questo ostacolo il team è riuscito a confinare la ionizzazione non sequenziale in una ri-collisione singola e un episodio di eccitazione il che ha permesso di seguire questo processo in scale temporali dell'attosecondo. Per ottenere ciò, gli scienziati hanno mandato un impulso laser lungo quattro femtosecondi su atomi di argon (un femtosecondo è un milionesimo di un miliardesimo di secondo). L'onda di luce di questo impulso consisteva essenzialmente in due massimi di onda e due minimi di onda (cioè due cicli). A causa dell'azione del campo laser, la maggior parte degli atomi hanno avuto una ionizzazione singola. Uno ogni mille atomi però ha subito una doppia ionizzazione non sequenziale. Dopo la ionizzazione del primo elettrone appena dopo il primo massimo di onda, ci sono voluti circa 1,8 femtosecondi perché esso tornasse al nucleo dell'atomo ed eccitasse il secondo elettrone. L'elettrone è rimasto in questo stato per circa 400 attosecondi prima che il campo laser lo rilasciasse dal nucleo appena prima del secondo massimo di onda. Uno degli autori dello studio, Boris Bergues dell'Istituto Max Planck di ottica quantica, commenta: "Siamo rimasti sorpresi nel vedere che il secondo elettrone lascia il nucleo atomico 200 attosecondi prima del massimo del secondo ciclo." Il team è quindi riuscito a mettere in dubbio l'ipotesi secondo la quale il secondo elettrone sfugge al nucleo atomico nel massimo di un ciclo cadendo in balia della dinamica quantistica interna di un sistema multi-elettrone attivato da un laser. Questo tipo di ricerca su scale temporali dell'attosecondo è fondamentale per capire più a fondo le interazioni materia-luce e le applicazioni di questa tecnica sperimentale allo studio delle molecole potrebbe aiutarci a far luce su processi elettronici più complessi nel corso delle reazioni chimiche.Per maggiori informazioni, visitare: Istituto Max Planck di ottica quantistica: http://www.mpq.mpg.de/cms/mpq/en/index.html(si apre in una nuova finestra)
Paesi
Germania, Stati Uniti