CIENCIA

Cómo usar un láser súper intenso 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.

Presenta la escena en un número virtualmente infinito de formas, pero en las versiones más familiares, la luz desencadena un proceso físico que comienza cuando un fotón golpea un átomo o molécula.En la fotosíntesis, las fotos del sol golpean las moléculas de clorofila en una planta para liberar electrones, desencadenando una conversión química de dióxido de carbono y agua en azúcar y oxígeno. Cuando te quemas con el sol, los rayos 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 una corriente 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. Jugada por jugada se produce en attosegundos, que son quintillones de segundo (o 10-18 de un segundo). Se necesita un láser especial que dispare pulsos de attasegundos para estudiar un fenómeno tan efímero. Puede pensar en la longitud del pulso láser como la velocidad de obturación de una cámara. Cuanto más corto sea el pulso, más claramente puede capturar un electrón en movimiento. Al estudiar estos momentos, los físicos obtienen una mejor comprensión de un proceso fundamental que es omnipresente en la naturaleza.

El mes pasado, médicos de múltiples instituciones académicas en China resultados publicados en Cartas de exploración física mostrando que miden el tiempo que le toma a un electrón abandonar una molécula diatómica después de haber sido iluminada con un pulso láser infrarrojo extremadamente brillante y corto.Si bien la molécula diatómica 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. (Se negaron a ser entrevistados por WIRED).

En el experimento, los investigadores midieron cuánto tiempo tardó el electrón en abandonar la molécula después de que los disparos del láser lo alcanzaran y descubrieron que el electrón reverberaba de un lado a otro entre los dos átomos durante 3.500 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 medir el tiempo en este experimento, los investigadores rastrearon una propiedad de la luz conocida como su polarización, dice la física de la Universidad Estatal de Ohio Alexandra Landsman, quien no participó en el estudio.La polarización es una propiedad de muchos tipos de ondas y describe la dirección en la que viajan, oscilan. Puedes pensar en la polarización imaginando una ola del océano. La dirección en la que una ola sube y baja 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 campo de fuerza que impregna todo el espacio y empuja o atrae cargas eléctricas. A medida que la luz viaja por el espacio, hace oscilar este campo, lo que hace que la intensidad del campo de fuerza suba y baje perpendicularmente a la dirección de viaje, como una ola del océano. La polarización de la luz describe la dirección en la que oscila el campo. Cuando la luz polarizada en cierta dirección golpea un electrón, moverá ese electrón de un lado a otro en forma paralela a esa dirección.

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