La nube de electrones alrededor de un átomo o molécula es descrita por una función de onda que da la probabilidad de que un electrón este en cada lugar. Esta distribución de probabilidad es normalmente fija, pero cuando se añade energía al sistema por la luz entrante o una interacción química, la función de onda empieza a cambiar. Este reordenamiento electrónico suele ocurrir en cuestión de attosegundos (10-18 segundos), por lo que los investigadores necesitan una forma muy rápida o "flash" para capturar el movimiento. Los pulsos de luz de attosegundos que recientemente se han producido tienen longitudes de onda de alrededor de 1000 veces demasiado grande para la resolución de características subatómicas, pero los electrones tienen una naturaleza parecida a ondas que se puede ajustar al tamaño correcto. La generación de pulsos de electrones de attosegundos es un reto, en parte porque los electrones se repelen entre sí, pero varios equipos de investigación han propuesto maneras de hacerlo.
Una vez que los pulsos de attosegundos se crean, una de las complicaciones siguientes podría venir de colisiones inelásticas, en las cuáles los electrones alrededor del átomo son excitados o despojado por el pulso de electrones. "Usted preferiría no cambiar el destino de lo que está midiendo", dice Anthony Starace, de la Universidad de Nebraska en Lincoln. Trabajos teóricos anteriores han comprobado ineslasticidad en las simulaciones de una sola dimensión, pero Starace y el estudiante graduado Hua Shao-Chieh decidieron realizar una investigación más a fondo en tres dimensiones. Ellos simularon la dispersión de los pulsos de electrones de 110 attosegundos de los blancoss atómicos y moleculares. Para simplificar los cálculos, cada pulso tenía un solo electrón - la duración del pulso provino de la inherente incertidumbre cuántica en el momento que el electrón golpea el objetivo.
en un reciente experimento rápidos cambios en la nube de electrones alrededor de un ión de krypton fueron inferidos de la absorción de pulsos láser (ver aquí).Una más directa filmación del movimiento de la nube de electrones podría ser hecha usando pulsos de attosegundos de electrones de acuerdo a nuevas simulaciones.Crledito.C. Hackenberger/Max Planck Inst. for Quantum Optics.
A partir del hidrógeno, los investigadores mostraron que un pulso láser cuidadosamente cronometrado podía excitar el único electrón del átomo desde el estado fundamental en una combinación ("superposición" ) de dos orbitales atómicos separados, correspondientes a los niveles de energía 3p y 4p .El electrón osciló entre los dos estados con un período de alrededor de 6 femtosegundos(1x10-15 s). Debido a que el orbital 3p está más cerca del núcleo que el orbital 4p, el átomo parecía estar "en respiración " - expandiéndose y contrayéndose. En sus simulaciones, los investigadores bombardearon un haz de estos átomos con pulsos de electrones de un lado y registraron las direcciones de los electrones dispersados. Los datos de dispersión mostraron que los átomos periódicamente se convertían en objetivos más grandes, y más detallados análisis mostraron además que la dispersión inelástica sólo afectó a una pequeña fracción de las direcciones de dispersión.
El segundo caso del equipo fue una molécula compuesta por dos átomos de tritio (hidrógeno"pesado" ). Los investigadores removieron un electrón y excitaron al otro para que periódicamente cambiara su órbita cada 4 femtosegundos de un núcleo de tritio, al otro. La función de onda observada se parecía a dos esferas, una alrededor de cada núcleo, con cada esfera alternativamente creciendo y encogiéndose a nada. Dos veces durante cada ciclo las esferas eran de igual tamaño, cuando el electrón tenía la misma probabilidad de estar alrededor de cada núcleo. Esta configuración proporcionó dos nubes de electrones exteriores desde las cuales las entrantes "ondas" de electrones podrían dispersarse, dando lugar a franjas de interferencia similares a las que uno ve cuando las ondas de luz pasan por dos rendijas. Este patrón de interferencia se mantuvo en los datos incluso cuando el equipo agregó complicaciones experimentales, tales como variaciones en la alineación molecular y en la separación entre los núcleos.
"Este trabajo es importante para los experimentadores, ya que añade una perspectiva clara de lo que podría ser factible", dice Ernst Fill de la Universidad Ludwig Maximilians en Munich. Se debería ayudar a motivar a seguir trabajando en el desarrollo de pulsos de electrones de attosegundos, dice. "Los primeros efectos vistos experimentalmente pueden ser los que se presentan en este trabajo."
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fuente de la información:
http://focus.aps.org/story/v26/st25
