Le reazioni viste dall’interno

Le reazioni chimiche non avranno più segreti. Per la prima volta, grazie a un laser capace di inviare impulsi luminosi ogni attosecondo (ovvero un miliardesimo di miliardesimo di secondo), un gruppo di ricerca è riuscito a “fotografare” il movimento degli elettroni all’interno di una molecola. Lo studio è pubblicato sulle pagine di Nature.

Gli elettroni, particelle con carica negativa che ruotano intorno al nucleo degli atomi, si muovono con una velocità pari circa all’1 per cento di quella della luce. Troppo veloci perché una telecamera tradizionale riesca a riprenderli. Nel 1980, gli scienziati inventarono il laser a femtosecondo (un milionesimo di miliardesimo di secondo): ancora troppo lento per catturare il moto degli elettroni ma utile a fotografare le molecole coinvolte nelle reazioni chimiche. Da allora, i ricercatori hanno tentato di mettere a punto laser capaci di svelare il comportamento della materia ancora più dall’“interno”.

Nel 2001 arrivò il primo laser ad attosecondo, il tempo che impiega la luce per coprire una distanza inferiore a un milionesimo di milllimetro, cioè la lunghezza di una piccola molecola. In questo tipo di laser, la radiazione luminosa pulsa così velocemente da riuscire a catturare persino il movimento degli elettroni. Sino ad oggi, i laser ad attosecondo sono stati utilizzati solo per studiare singoli atomi. Mauro Nisoli e il suo team di ricerca del Politecnico di Milano e dell’Istituto nazionale per la fisica della materia hanno fatto un passo in avanti: hanno usato il laser per osservare il fenomeno di ionizzazione (rimozione o aggiunta di elettroni) della molecola più semplice, l’idrogeno, che possiede solo due elettroni e due protoni.

Nell’esperimento, i ricercatori hanno bombardato la molecola con radiazioni ultraviolette emesse da un laser ad attosecondo per ionizzarla. Successivamente, hanno usato un laser a infrarossi per rompere l’idrogeno in due metà. Variando l’intervallo di tempo tra i due bombardamenti, il gruppo è riuscito a osservare il movimento degli elettroni, scoprendo che il loro ruolo nei processi di ionizzazione è molto più rilevante di quanto si pensasse. (m.s.)

Riferimento: doi:10.1038/nature09084