Por primera vez logran “pelar” un átomo de Neón, electrón a electrón, hasta quitarle sus 10 electrones

 

Un átomo es como una cebolla: los electrones se distribuyen en capas, llamadas K, L, M, … (indexadas por el número cuántico n=1, 2, 3, …). A baja energía, las capas interiores de un átomo como el Neón son inaccesibles (su estructura atómica es 1s2 2s2 2p6). Para ver los electrones en las capas interiores (electrones 1s2 en el caso del Neón) se requiere una fuente láser de pulsos ultracortos muy intensa que permita “pelar” el átomo como si de una cebolla se tratara. El año pasado se inauguró en EEUU una fuente de rayos X de este tipo y ahora se publica en Nature la primera vez que se logra despojar a un átomo de Neón de todos y cada uno de sus 10 electrones, permitiendo obtener todos los iones (cationes) posibles de dicho átomo. Además, se ha logrado observar por primera vez los electrones del nivel K de átomos de Neón rodeados de “huecos” en los niveles L. Hay que recordar que en mecánica cuántica un electrón y el “hueco” ocupado por un electrón se comporta de forma muy parecida. La observación de electrones de nivel K rodeados de “huecos” de nivel L confirma, como era de esperar, los resultados predichos por la mecánica cuántica. Este es el primer artículo importante que se obtiene en la fuente de rayos X coherente llamada Linac (Linac Coherent Light Source) en el Laboratorio Nacional SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) en California. Se han utilizado pulsos de rayos X ultraintensos (1018 W cm−2), ultracortos (1’5–0’6 nm) con un alto númeor de fotones (~105 fotones de rayos X por Å2). Gracias a estos pulsos tan extremos se ha logrado una rápida ejección de los electrones de átomos de Neón. Ajustando adecuadamente la energía se pueden fotoejectar todos los electrones del átomo. Un gran logro experimental, aunque se haya confirmado a la perfección la teoría (las predicciones para este problema dadas por la mecánica cuántica). Nos lo cuenta Justin Wark, “Atomic physics: X-ray laser peels and cores atoms,” Nature 466: 35–36, 01 July 2010, haciéndose eco del artículo técnico de L. Young et al., “Femtosecond electronic response of atoms to ultra-intense X-rays,” Nature 466: 56–61, 01 July 2010.

Este primer gran resultado del Linac del SLAC es sólo una prueba de concepto pero nos muestra las grandes posibilidades de este ultraláser de rayos X a la hora de explorar el mundo atómico y molecular. Es un primer paso hacia el proyecto emblemático de este Laboratorio Nacional, la reconstrucción tridimensional de moléculas de interés biológico que no se pueden cristalizar y que por tanto están fuera de las capacidades de las técnicas basadas en la difracción. Se espera que pronto se publicará la primera reconstrucción 3D de alguna proteína pequeña utilizando esta nueva técnica, solo al alcance de quienes tengan acceso a fuentes láser de rayos X ultraintensas, como Linac.

 

PS (3 julio 2010): Más información en inglés en “SLAC’s new X-ray laser peels and cores atoms,” Symmetry Breaking, July 2, 2010. Y más información, con fotos, del LCLS en Brad Plummer, “From atom smashers to X-ray movies,” Symmetry, March/April 2008.