¿Qué es un attosegundo? Un físico químico explica la pequeña escala de tiempo detrás de la investigación ganadora del Premio Nobel | Noticias de México

Un grupo de tres investigadores ganó el Premio Nobel de Física 2023 por un trabajo que ha revolucionado la forma en que los científicos estudian la electrón, iluminando moléculas con destellos de luz de attosegundos de duración. Pero, ¿cuánto dura un attosegundo y qué pueden decirnos estos pulsos infinitamente cortos sobre la naturaleza de la materia?

Primero, dice Aaron W. Harrison, profesor de química en Austin College, “aprendí sobre esta área de investigación cuando era estudiante de posgrado en química física. El grupo de mi asesor de doctorado tenía un proyecto dedicado a estudiar reacciones químicas con pulsos de attosegundos. Antes de comprender por qué la investigación de attosegundos resultó en el premio más prestigioso de la ciencia, es útil comprender qué es un pulso de luz de attosegundo”.

¿Cuánto dura un attosegundo?

“Atto” es el prefijo de notación científica que representa 10^-18, que es un punto decimal seguido de 17 ceros y un 1. Por lo tanto, un destello de luz que dura un attosegundoo 0,000000000000000001 de segundo, es un pulso de luz extremadamente corto.

De hecho, hay aproximadamente tantos attosegundos en un segundo como segundos en la edad del universo.

Anteriormente, los científicos podían estudiar el movimiento de núcleos atómicos más pesados ​​y más lentos con pulsos de luz de femtosegundos (10^-15). Mil attosegundos equivalen a 1 femtosegundo. Pero los investigadores no pudieron ver el movimiento a escala de electrones hasta que pudieron generar pulsos de luz de attosegundos, ya que los electrones se mueven demasiado rápido para que los científicos puedan analizar con precisión lo que están haciendo en el nivel de femtosegundos.

pulsos de attosegundos

La reordenación de electrones en átomos y moléculas guía muchos procesos en física y es la base de prácticamente todas las partes de la química. Por lo tanto, los investigadores se han esforzado mucho en descubrir cómo mover y los electrones se reorganizan.

Sin embargo, los electrones se mueven muy rápidamente en los procesos físicos y químicos, lo que dificulta su estudio. Para investigar En estos procesos, los científicos utilizan la espectroscopia, un método para examinar cómo la materia absorbe o emite luz. Para rastrear electrones en tiempo real, los investigadores necesitan un pulso de luz que sea más corto que el tiempo que lleva reorganizarse.

Como analogía, imagine una cámara que sólo puede realizar exposiciones más largas, de alrededor de 1 segundo de duración. Los objetos en movimiento, como una persona corriendo hacia la cámara o un pájaro volando por el cielo, aparecerían borrosos en las fotografías tomadas y sería difícil ver exactamente lo que estaba sucediendo.

A continuación, imagina que utilizas una cámara con una exposición de 1 milisegundo. Ahora, los movimientos que antes eran borrosos se resolverían claramente en instantáneas claras y precisas. Así es como la escala de attosegundosen lugar de la escala de femtosegundos, puede iluminar el comportamiento de los electrones.

Investigación con attosegundos

Entonces, ¿qué tipo de preguntas de investigación pueden ayudar a responder los pulsos de attosegundos?

Por un lado, romper un enlace químico es un proceso fundamental en la naturaleza, donde los electrones compartidos entre dos átomos se separan en átomos no unidos. Los electrones previamente compartidos sufren cambios. ultrarrápido durante este proceso, y los pulsos de attosegundos permitieron a los investigadores seguir la ruptura de un enlace químico en tiempo real.

La capacidad de generar pulsos de attosegundos, investigación por la que tres investigadores recibieron el Premio Nobel de Física de 2023, fue posible por primera vez a principios de la década de 2000, y el campo ha seguido creciendo rápidamente desde entonces. Al proporcionar instantáneas más cortas de átomos y moléculas, la espectroscopia de attosegundos ha ayudado a los investigadores a comprender el comportamiento de electrones en moléculas individuales, como la migración de carga electrónica y la ruptura de enlaces químicos entre átomos.

A mayor escala, la tecnología de attosegundos también se ha aplicado al estudio de cómo se comportan los electrones en agua líquida y en la transferencia de electrones en semiconductores de estado sólido. A medida que los investigadores continúen mejorando su capacidad para producir pulsos de luz de attosegundos, obtendrán una comprensión más profunda de las partículas básicas que componen la materia.

Artículo original publicado en The Conversation