Los físicos han medido los tiempos de vuelo de los electrones emitidos por un átomo específico en una molécula al ser excitados con luz láser. Esto les ha permitido medir la influencia de la propia molécula en la cinética de emisión.

La fotoemisión, la liberación de electrones en respuesta a la excitación de la luz, es uno de los procesos más fundamentales del microcosmos. La energía cinética del electrón emitido es característica del átomo en cuestión, y depende de la longitud de onda de la luz empleada. Pero, ¿cuánto tiempo dura el proceso? ¿Y siempre lleva la misma cantidad de tiempo? independientemente de si el electrón procede de un átomo individual o de un átomo que forma parte de una molécula? Un equipo internacional de investigadores dirigido por físicos láser en el Laboratorio de Física de Attosegundos (LAP) en LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Garching ha investigado la influencia de la molécula en el tiempo de fotoemisión.

La descripción teórica de la fotoemisión en 1905 por Albert Einstein marcó un gran avance en la física cuántica, y los detalles del proceso son de interés continuo en el mundo de la ciencia y más allá. La forma en que los movimientos de una partícula cuántica elemental, como el electrón, se ven afectados dentro de un entorno molecular, influye significativamente en nuestra comprensión del proceso de fotoemisión y las fuerzas que mantienen unidas las moléculas.

En estrecha colaboración con investigadores de la Universidad King Saud (KSU) en Riyadh (Arabia Saudita), y socios internacionales adicionales, el equipo de LAP ahora ha determinado cuánto tiempo se tarda en fotoemitir electrones desde un átomo específico dentro de una molécula (en este caso, el yodo en yoduro de etilo). Los tiempos medidos estuvieron en el rango de decenas de attosegundos. Un attosegundo es una mil millonésima de mil millonésima de segundo.

Los investigadores utilizaron una variedad de pulsos en la región de rayos X para excitar el electrón objetivo. El uso del aprendizaje automático ayudó a mejorar la precisión del análisis de los datos experimentales, y resultó en comparaciones más precisas con predicciones teóricas. "La comparación de los datos experimentales con simulaciones teóricas finalmente reveló la influencia de la molécula en el tiempo que necesitan los electrones para el proceso de fotoemisión, "explica el profesor Matthias Kling, quien dirige el grupo de Ultrafast Imaging and Nanophotonics dentro del equipo LAP. Los investigadores encontraron que el retraso atribuible al entorno molecular se hizo mayor a medida que se reducía la energía de los pulsos de luz y, por lo tanto, la energía cinética inicial impartida a los electrones.

Las observaciones se pueden comparar con la exploración de un paisaje. Al volar sobre ella muchos detalles sobre el terreno pasan desapercibidos. A nivel del suelo, cada golpe se hace sentir. Lo mismo ocurre con los electrones excitados. Si el impulso inicial es suficiente para permitirles abandonar la molécula, el efecto retardador de las fuerzas que mantienen unida a la molécula es mayor que cuando la "patada" es lo suficientemente enérgica para expulsarlas más rápidamente.

"Nuestras observaciones indican que los experimentos que rastrean el tiempo de fotoemisión nos permiten conocer las fuerzas dentro de las moléculas, "explica el profesor Abdallah Azzeer, Jefe del Laboratorio de Física de Attosegundos en KSU en Riyadh. "Estos estudios podrían mejorar nuestra comprensión de los efectos cuánticos en moléculas y reacciones químicas, "agrega la profesora Alexandra Landsman de la Universidad Estatal de Ohio en los EE. UU., quien lidera el grupo que realizó la mayor parte del trabajo teórico.