Captare la dinamica delle emissioni di elettroni

L'Universo è costituito da un numero fisso di elementi alla base di tutti i tipi di molecole. Queste ultime sono immutate e dinamiche: la non staticità si esprime in varie situazioni, tra cui l'attività degli elettroni e dei nuclei e i complessi cambiamenti conformazionali tridimensionali. Le dinamiche molecolari governano le proprietà dei materiali e le funzioni dei sistemi biologici e, in tale scenario, gli stati di ipereccitazione offrono una panoramica dei meccanismi della meccanica quantistica.

Questi stati non possono essere avviati a partire da molecole neutrali nello stato fondamentale mediante l'utilizzo di laser a femtosecondi tradizionali le cui possibilità sono limitate dalle relative lunghezze d'onda. Gli scienziati hanno superato tale ostacolo attraverso l'attivazione di questi stati a partire da fasci veloci di ioni negativi o specie neutrali metastabili molto simili agli stati di ipereccitazione da un punto di vista energetico. Il progetto EXTREME DYNAMICS ("Time resolved superexcited state dynamics"), finanziato dall'UE, ha offerto agli esperti un'opportunità in tal senso.

Un laser su misura è stato dotato di una limatrice a impulsi in grado di controllare e ottimizzare la fase spettrale degli impulsi ultraveloci. È stato inoltre configurato un fascio ionico veloce per la creazione di anioni molecolari e di cluster freddi (specie con carica negativa prodotte attraverso l'aggiunta di elettroni a quelle neutre).

Il gruppo ha quindi integrato un sistema basato sulla spettroscopia di fotoframmentazione, che include un sistema di acquisizione di immagini a elevatissima risoluzione e un convertitore tempo-digitale. La strumentazione consente di misurare il tempo impiegato dai frammenti per colpire un rilevatore a piastra a microcanale e le posizioni bidimensionali dei frammenti sul rivelatore. Uno spettrometro dedicato rende possibile la separazione dei prodotti.

L'applicazione della configurazione ha condotto alla creazione di un nuovo scenario di distacchi multipli in cui, in alcuni casi, due o più elettroni vengono espulsi dalla molecola anionica genitore (con carica negativa). La perdita degli elettroni in eccesso che conferiscono alla molecola una carica negativa e di uno o più elettroni aggiuntivi produce prodotti cationici (con carica positiva). Lo sfruttamento di questa nuova strumentazione ha consentito ai ricercatori di eseguire la caratterizzazione di un meccanismo non sequenziale, innovativo e altamente efficiente e di dimostrare le differenze di tale sistema rispetto a un meccanismo di sistemi neutrali consolidato e a doppia ionizzazione.

I risultati ottenuti nell'ambito del progetto EXTREME DYNAMICS hanno condotto a numerose pubblicazioni e alla preparazione di un nuovo corso formativo presso l'istituto ospitante, nonché all'organizzazione di workshop e seminati presso altre strutture. Le scoperte contribuiranno alla modellizzazione, alla previsione e, infine, al controllo dell'esito delle reazioni chimiche.