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Veinte attosegundos: la fracción de tiempo más corta jamás registrada

Albert Einstein resolvió hace a un siglo una paradoja aparente en la teoría de la fotoemisión al afirmar que la luz no estaba compuesta por ondas sino por partículas denominadas fotones.


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01/07/2010
 
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Desde entonces la fotoemisión se ha descrito como un proceso en el que un electrón se separa de un átomo de forma instantánea al absorber éste último energía procedente de un fotón. Ahora un grupo de físicos financiados con fondos comunitarios ha demostrado que este proceso no es instantáneo. Para probar que existe un retraso tras el impacto del fotón sobre el electrón, el equipo tuvo que medir el lapso de tiempo más corto hasta la fecha. El conocimiento más preciso de estas interacciones minúsculas será de utilidad para comprender todos los procesos biológicos y químicos. Los resultados del estudio se han publicado en la revista Science.

La investigación la realizaron físicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, la Universidad Técnica de Múnich y la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich (Alemania) en colaboración con físicos de Austria, Grecia y Arabia Saudí. El trabajo fue posible gracias a una prima europea de regreso Marie Curie y una subvención para principiantes (Starting Grant) del Consejo Europeo de Investigación (CEI).

Para liberar los electrones de su orbital atómico el equipo disparó ráfagas rápidas de pulsos de láser a átomos de neón durante menos de cuatro femtosegundos (un femtosegundo es la milbillonésima parte de un segundo). Los átomos recibieron al mismo tiempo el impacto de pulsos de luz del extremo ultravioleta con una duración de 180 attosegundos (un attosegundo es una trillonésima de segundo). Los físicos registraron a continuación el momento en el que los electrones escaparon del átomo utilizando el campo controlado del pulso sincronizado del láser a modo de «cronógrafo de attosegundos». Así se consiguió medir un retraso cercano a veinte attosegundos entre la salida del electrón que ocupaba el orbital 2p y la del electrón que ocupaba el 2s.

La técnica de medición utilizada por estos físicos es la más rápida del mundo. Además, el retraso de veinte attosegundos registrado supone el intervalo de tiempo más corto jamás medido por medios directos hasta la fecha.

«Un attosegundo es una trillonésima de segundo, un intervalo de tiempo breve hasta el punto de lo inimaginable», explicó el Dr. Reinhard Kienberger del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica. «Pero tras la excitación por luz el primer electrón abandona el átomo más pronto que el segundo. Así demostramos que los electrones "vacilan" por un instante antes de abandonar el átomo».

Los miembros del equipo de Alemania, Grecia y Austria determinaron que esta vacilación dura unos cinco attosegundos. El motivo de que los electrones se retrasen de esta forma antes de salir despedidos queda abierto a interpretaciones. El Dr. Vladislav Yakovlev, también del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, explicó que: «La potencia informática que precisa la modelación de un sistema de tal cantidad de electrones supera la capacidad de los superordenadores modernos».

No obstante, los físicos sugieren como causa posible la combinación de interacciones entre los propios electrones y entre los electrones y sus núcleos atómicos. «Esta interacción entre electrones puede significar que es preciso que transcurra algo de tiempo antes de que un electrón sacudido por una onda de luz incidente se libere del resto de electrones y pueda abandonar el átomo», aventuró el Dr. Martin Schulze del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica.

El Dr. Ferenc Krausz de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich subrayó las implicaciones de los logros realizados por el equipo: «Estas interacciones, de las que hasta ahora se sabía poco, ejercen una influencia básica en los movimientos electrónicos en las dimensiones más diminutas, los cuales determinan el curso de todos los procesos químicos y biológicos e influyen también en la velocidad de los microprocesadores, la base de los ordenadores».



   Enlaces de interés
 
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