Cómo usar un láser para expulsar un electrón de una molécula

por todo su posibilidades, la naturaleza tiende a reproducir una escena particular una y otra vez: la confrontación entre la materia y la luz.

Escenifica la escena en un número prácticamente infinito de formas, pero en las versiones más familiares, la luz inicia un proceso físico que comienza cuando un fotón golpea un átomo o una molécula. En la fotosíntesis, los fotones del sol golpean las moléculas de clorofila en una planta para liberar electrones, desencadenando la conversión química de dióxido de carbono y agua en azúcar y oxígeno. Cuando te quemas con el sol, los fotones de la luz ultravioleta golpean y dañan las moléculas de ADN en tu piel. También encontrará el proceso en la tecnología, como en los paneles solares, donde los átomos de silicio dispuestos en un cristal convierten los fotones del sol en un flujo de electrones que generan energía eléctrica.

Pero los físicos aún no conocen los detalles de lo que sucede cuando los fotones se encuentran con átomos y moléculas. La jugada por jugada ocurre en attosegundos, que son las trillonésimas de segundo (o 10^-18 de un segundo). Se necesita un láser especial que dispara pulsos de attosegundos para estudiar fenómenos tan efímeros. Puede pensar en la longitud de un pulso láser un poco como la velocidad de obturación de una cámara. Cuanto más corto sea el pulso, más claramente podrá capturar un electrón en movimiento. Al estudiar estos momentos, los físicos obtienen una mayor comprensión de un proceso fundamental omnipresente en la naturaleza.

El mes pasado, físicos de varias instituciones académicas en China publicaron resultados en Cartas de revisión física mostrando que midieron el tiempo que tardó un electrón en abandonar una molécula de dos átomos después de haber sido iluminada con un pulso láser infrarrojo extremadamente brillante y corto. Si bien una molécula de dos átomos es relativamente simple, su técnica experimental "abre una nueva vía" para estudiar cómo la luz interactúa con los electrones en moléculas más complejas, escribieron los autores en el artículo. (No aceptaron una entrevista con Mundo Informático).

En el experimento, los investigadores midieron el tiempo que tardaba el electrón en salir de la molécula después de que los fotones del láser la golpearan. Específicamente, descubrieron que el electrón reverberaba de un lado a otro entre los dos átomos durante 3500 attosegundos antes de despegar. Para poner eso en perspectiva, eso es mil billones de veces más rápido que un abrir y cerrar de ojos, lo que lleva un tercio de segundo.

Para mantener el tiempo en este experimento, los investigadores rastrearon una propiedad de la luz conocida como su polarización, dice la física Alexandra Landsman de la Universidad Estatal de Ohio, que no participó en el estudio. La polarización es una propiedad de muchos tipos de ondas y describe la dirección en la que oscilan. Puedes pensar en la polarización imaginando una ola del océano. La dirección en la que la ola crece y se sumerge es su dirección de polarización: es tanto perpendicular a la superficie del agua como perpendicular a la dirección en la que viaja la ola.

Una onda de luz es una oscilación en el campo electromagnético, o el campo de fuerza que impregna todo el espacio y empuja o tira de las cargas eléctricas. Cuando la luz viaja a través de un espacio, hace oscilar este campo, lo que hace que la fuerza del campo de fuerza suba y baje perpendicularmente a su dirección de viaje, como la ola del océano. La polarización de la luz describe la dirección en la que oscila el campo. Cuando la luz polarizada en una dirección particular golpea un electrón, hará que ese electrón cambie de un lado a otro en paralelo con esa dirección.