Los investigadores están investigando nuevas formas de eliminar los electrones de la materia. Su investigación podría tener implicaciones para la radioterapia.

La exposición de un pequeño grupo de átomos de neón a una ráfaga muy corta e intensa de luz ultravioleta extrema inicia un mecanismo novedoso que produce una gran cantidad de electrones e iones.

Un equipo de investigadores dirigido por el químico físico Kiyoshi Ueda de la Universidad de Tohoku utilizó un láser de electrones libres (FEL) en el acelerador de prueba SPring-8 Compact SASE Source de Japón para investigar cómo se 'eliminan' los electrones de los cúmulos de átomos de neón. Se dirigieron intensos pulsos FEL ultravioleta extrema a los cúmulos y se midió la distribución de energía resultante de los electrones eliminados de los cúmulos utilizando un "espectrómetro de imágenes de mapa de velocidad".

Los electrones dentro de un material absorben energía cuando el material se expone a la luz. Normalmente, esta energía se utiliza para "eliminar electrones" del material. Esto solo puede suceder sin embargo, si la energía de la partícula de luz, o 'fotón', absorbida por el electrón es mayor que la cantidad de energía que necesita el material, o su 'función de trabajo', para expulsar el electrón. En 1921, Albert Einstein ganó un premio Nobel por describir este "efecto fotoeléctrico".

El equipo probó lo que sucedería cuando establecieran la energía fotónica de la luz FEL por debajo de la función de trabajo de los grupos de átomos de neón. En lugar de ser noqueado, cuando un electrón fuertemente unido a un átomo de neón absorbe el fotón de menor energía, se vuelve suelto, provocando que el átomo se "excite". Dado que el pulso FEL es tan intenso, muchos electrones se unen libremente en los cúmulos al mismo tiempo; lo que significa que muchos átomos se excitan. Luego, los electrones son eliminados de los grupos a pesar de que la energía de los fotones está por debajo de su función de trabajo.

El equipo descubrió que los electrones débilmente unidos se eliminan de los cúmulos en un nuevo proceso de "cascada".

El proceso comienza cuando un átomo con un electrón débilmente ligado interactúa con un átomo cercano que también tiene un electrón débilmente ligado. El primero transfiere energía a su vecino, que 'derriba' su propio electrón débilmente ligado que flota en una órbita de 'alta energía' hacia una órbita de 'baja energía' más cercana al núcleo del átomo. Al mismo tiempo, la energía transferida al átomo vecino expulsa un electrón débilmente ligado. El primer átomo, que ahora está 'menos emocionado', luego interactúa con otro átomo excitado vecino, también le da energía y, por lo tanto, se "desexcita" aún más mientras elimina un electrón de otro vecino. Este proceso en cascada ocurre en muchos pares de átomos excitados, resultando en la emisión de una gran cantidad de electrones de baja energía.

"Las cascadas de expulsión y caída de electrones producen más electrones y más iones, Dañando más la muestra. Estoy convencido de que estas cascadas podrían desempeñar un papel crucial en la radioterapia futura, "dice Lorenz Cederbaum de la Universidad de Heidelberg en Alemania, uno de los coautores del estudio.

La liberación de electrones de baja energía expuestos a luz intensa puede dañar el ADN. Este concepto se utiliza en la radioterapia contra el cáncer. Los hallazgos podrían tener implicaciones para el uso de radioterapia en el futuro.

Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza .