Los electrones dentro de una molécula se mueven tan rápido que solo toma unos segundos para saltar de un átomo a otro. Por lo tanto, medir estos procesos ultrarrápidos es una tarea abrumadora.
Ahora, es posible medir los retrasos de tiempo con una precisión de zeptosegundos (una billonésima de una billonésima de segundo), gracias a una nueva técnica desarrollada por científicos de la Instalación Científica de Attosegundos de Australia y el Centro de Dinámica Cuántica de Universidad Griffith en Brisbane, Australia. Con esta nueva técnica de interferometría, los científicos pueden medir el tiempo de retraso entre pulsos de luz ultravioleta intensa emitida por dos isótopos de moléculas de hidrógeno, H2 y D2, que interactúan con un capacitor. pulsos de láser infrarrojo.
Se encontró que este retraso era de menos de tres attosegundos. Y también encontraron la razón del retraso: movimientos ligeramente diferentes de los núcleos más ligeros y más pesados.
La generación de altos armónicos (HHG) es un método en el que las partículas se someten a potentes pulsos de láser para producir la energía real. ondas de luz.
XUV se libera cuando un ion se combina con un electrón extraído de una molécula por un campo láser intenso; Entonces el electrón es acelerado por el mismo campo. Todos los átomos y moléculas individuales emiten radiación HHG de manera diferente, y la dinámica sutil de las funciones de onda de electrones involucradas en este proceso influye en la intensidad y la fase de la radiación XUV HHG.
Un espectrómetro de rejilla básico puede medir fácilmente el espectro de intensidad de HHG, pero medir la fase de HHG es un proceso mucho más difícil. La etapa contiene los datos más importantes con respecto a la sincronización de muchos de los procesos de emisión.
Se producen dos copias de la onda con retrasos finamente ajustados para superponerse (o superponerse) entre sí en un proceso conocido como interferometría de medición de fase. Según la latencia y la diferencia de fase relativa, pueden interferir de forma constructiva o destructiva.
Un interferómetro es un instrumento utilizado para tomar esta medida. Es muy difícil establecer y mantener un retraso constante, predecible y preciso entre dos pulsos XUV en un interferómetro de pulsos XUV.
El estudio resolvió este problema aprovechando el fenómeno de la fase atmosférica. la molécula más simple de la naturaleza, hidrógeno molecular, viene en dos isótopos diferentes, que los científicos han empleado en sus estudios. La única diferencia en la masa del núcleo entre los isótopos ligeros (H2) y pesados (D2) del hidrógeno es entre los protones en H2 y los deuterones en D2. La composición, las energías electrónicas y todo lo demás es lo mismo.
Debido a su mayor masa, los núcleos de D2 se mueven un poco más lento que los de H2. Dado que los movimientos nuclear y electrónico de las moléculas están acoplados, el movimiento nuclear influye en la dinámica de las funciones de onda de los electrones durante el proceso HHG, lo que conduce a una pequeña transición de fase ΔφH2-D2 entre los dos isótopos.
Este cambio de fase es equivalente a un retraso de tiempo Δt = H2-D2/ω donde ω es la frecuencia de la onda XUV. Los científicos de Griffith midieron este retraso en el tiempo de emisión para todos los armónicos observados en el espectro HHG: era casi constante y de poco menos de tres attosegundos.
Posteriormente, los científicos utilizaron los métodos teóricos más avanzados para modelar de manera integral el proceso HHG en los dos isótopos de hidrógeno molecular. También incluye todos los grados de libertad para el movimiento nuclear y electrónico en diferentes niveles de aproximación.
El equipo confiaba en que su simulación capturó con precisión propiedades cruciales para el proceso físico subyacente porque simuló con precisión los resultados experimentales. Al variar los parámetros del modelo y los niveles de aproximación, se puede determinar la importancia relativa de los diferentes efectos.
Profesor Igor Litvinnik, Escuela de Ciencias y Medio Ambiente de la Universidad Griffith, Nathan, Australia, Él dijoY el “Debido a que el hidrógeno es la molécula más simple de la naturaleza y se puede modelar teóricamente con alta precisión, se utilizó en estos experimentos de prueba de principio para medir el rendimiento y validar el método”.
«En el futuro, esta tecnología podrá medir la dinámica ultrarrápida de varios procesos inducidos por la luz en átomos y moléculas con una resolución temporal sin precedentes».
Referencia de la revista:
- Mumta Hina Mustari y otros. Retrasos de attosegundos de las emisiones altamente armónicas de los isótopos de hidrógeno medidos con el interferómetro XUV. ciencia de alta velocidad. DOI: 10.34133/2022/9834102
«Solucionador de problemas. Gurú de los zombis. Entusiasta de Internet. Defensor de los viajes sin disculpas. Organizador. Lector. Aficionado al alcohol».