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Un team di scienziati dell'Istituto di Scienze Fotonich (ICFO) in Spagna ha stabilito un nuovo record mondiale, generando l'impulso di raggi X più breve e intenso mai creato, con una durata di soli 19,2 attosecondi (1 as = 10⁻¹⁸ secondi). Questo risultato, pubblicato su una rivista scientifica di rilievo, rappresenta un passo avanti significativo nella capacità di osservare e comprendere i processi atomici su scale temporali incredibilmente brevi.
L'impulso è addirittura più corto della cosiddetta "unità di tempo atomica", ovvero il tempo impiegato da un elettrone per orbitare attorno al nucleo di un atomo di idrogeno. Per fare un paragone, un elettrone compie un giro completo attorno al nucleo in circa 24 attosecondi. La risoluzione temporale di questo nuovo impulso permette di "congelare" il movimento dell'elettrone in tempo reale, aprendo nuove possibilità di studio della dinamica elettronica.
Questo progresso permette di studiare la migrazione degli elettroni all'interno di atomi e molecole durante una vasta gamma di reazioni chimiche e processi fisici. Anche se non è possibile "vedere" direttamente gli elettroni, i dati raccolti forniscono valori medi e statistiche che permettono di valutare il comportamento degli elettroni in diversi materiali e condizioni. Come ha sottolineato il team di ricerca, osservare direttamente è sempre preferibile rispetto alla simulazione.
L'impulso è stato generato utilizzando una tecnica chiamata generazione di armoniche elevate (high-harmonic generation). I progressi chiave includono lo sviluppo di tecnologie laser avanzate, la metrologia all'attosecondo e un nuovo metodo di ricostruzione dell'impulso. Questi progressi hanno permesso di superare le limitazioni precedenti e raggiungere questo nuovo record. L'impulso ultracorto agisce come la "fotocamera più veloce del mondo", permettendo di "congelare" e studiare processi che vanno dalla riorganizzazione degli elettroni attorno agli atomi all'interazione degli elettroni con il reticolo cristallino.
Questa scoperta apre la strada a progressi in diversi campi, tra cui la fisica, la chimica, la biologia e le tecnologie quantistiche. Potrebbe portare a miglioramenti nelle celle solari, nei catalizzatori e nei materiali. Nel 2023, il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato per le scoperte nel campo degli impulsi di attosecondi. Negli anni, i ricercatori hanno sviluppato questo campo e sono ora in grado di osservare non solo gli atomi, ma anche gli elettroni nel loro ambiente naturale.
La capacità di manipolare e studiare la materia a questa scala temporale ha implicazioni enormi. Ad esempio, potrebbe portare a una migliore comprensione dei processi di fotosintesi nelle piante, consentendo lo sviluppo di celle solari più efficienti. Potrebbe anche portare a nuovi modi di progettare farmaci e materiali, consentendo di creare prodotti con proprietà specifiche e mirate.
Inoltre, la ricerca potrebbe avere un impatto significativo sullo sviluppo delle tecnologie quantistiche. La capacità di controllare e manipolare gli elettroni a questa scala temporale è essenziale per la creazione di computer quantistici e altri dispositivi quantistici avanzati.
In sintesi, la creazione di questo impulso di raggi X ultracorto rappresenta un passo avanti importante nella scienza e nella tecnologia. Apre nuove possibilità di ricerca e potrebbe portare a importanti scoperte in futuro. L'ICFO e altri istituti di ricerca in tutto il mondo continuano a spingere i confini della scienza, aprendo nuove frontiere nella nostra comprensione dell'universo e delle leggi che lo governano.
