Crean un «Agujero Negro Molecular» usando el láser de rayos X más potente del mundo

Crean un «Agujero Negro Molecular» usando el láser de rayos X más potente del mundo

Imagínese que usted tome toda la luz del sol que golpea nuestro planeta en cualquier momento dado, y la centrara en una (desafortunada) parte de la Tierra del tamaño de una miniatura. De esta manera usted empezaría a entender la intensidad del más poderoso láser de rayos X del mundo.

En un resultado sorpresivo, los científicos han centrado la intensidad total de este láser en una sola molécula, y las secuelas han dado lugar a un fenómeno que nadie había visto antes: un «agujero negro» molecular que consume cualquier cosa en su camino.

«Ciertamente no esperábamos esto de mediciones anteriores», dijo uno de los miembros del equipo, Sebastien Boutet, del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de Estados Unidos.

El uso de rayos láser en moléculas no es nada nuevo, en experimentos anteriores, los físicos han usado láseres de baja intensidad para destruir pequeñas moléculas de iodomethane (yodometano) y quitar los electrones que rodean su único átomo de yodo.

Pero cuando Boutet y su equipo enfocaron un pulso de rayos X ultra-intenso de la SLAC’s Linac Coherent Light Source sobre moléculas similares, dieron lugar a un vacío hambriento, que comenzó a extraer electrones del resto de la molécula como un agujero negro microscópico – antes de volar rápidamente.

«Esto generó mucha carga dentro del átomo y absorbe todo lo que lo rodea», dijo Daniel Rolles, de la Universidad Estatal de Kansas, en Newsweek.

No parece que se detenga

Todo había terminado en menos de 30 femtosegundos – millonésimas de una milmillonésima de segundo. La molécula de los investigadores fue despojada de más de 50 electrones, que era mucho más de lo esperado, basado en lo que láseres menos intensos han hecho antes.

El equipo experimentó por primera vez solo con átomos de xenón, utilizando espejos especiales para enfocar el haz de rayos X a un área de poco más de 100 nanómetros de diámetro – 1.000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano.

La explosión de rayos X despojó los átomos de xenón de sus electrones, creando lo que se conoce como un «átomo hueco». Pero este estado no duró mucho tiempo: los electrones de las partes externas del átomo comenzaron a caer en cascada para llenar el vacío, sólo para ser expulsados ​​por otro rayo láser.

Todo lo que terminó quedando en estos átomos fueron los electrones más estrechamente unidos.

Ese comportamiento recuerda lo que los investigadores han observado en experimentos anteriores usando rayos láser de energía más baja, pero las cosas se pusieron extrañas cuando observaron lo que sucedió a los átomos de yodo dentro de moléculas de yodometano más grandes.

El átomo de yodo, despojado de sus electrones, comenzó a desgarrar electrones de sus átomos vecinos de carbono y de hidrógeno, atrayéndolos como un agujero negro se tragaría la materia que se aventura demasiado cerca de su horizonte de sucesos.

Cada vez que el átomo tiraba de los electrones robados, el rayo láser los expulsaba de nuevo, y el átomo terminó perdiendo 54 electrones, más de los 53 que había comenzado antes de ser borrado.

El equipo repitió el proceso utilizando una molécula de yodobenceno aún mayor, y ocurrió un fenómeno similar.

«Esto no es algo que los físicos hayan visto antes», informa Main para Newsweek.

«En total, el experimento eliminó 54 de los 62 electrones de la molécula, dándole una carga de 54 veces lo que estaría en un estado no excitado. Esta es la carga más extrema, o nivel de ionización, jamás logrado usando la luz, de acuerdo a los investigadores».

El equipo dice que se necesitan más experimentos para averiguar exactamente lo que está pasando aquí, porque sospechan que la molécula de yodobenceno más grande podría haber absorbido y perdido aún más que 54 ocurrido en la molécula de yodometano.

«Creemos que el efecto fue aún más importante en la molécula más grande que en la más pequeña, pero no sabemos cómo cuantificarlo todavía», dijo uno de los investigadores, Artem Rudenko de la Universidad Estatal de Kansas, en un comunicado de prensa.

«Estimamos que más de 60 electrones fueron expulsados, pero en realidad no sabemos dónde se detuvo, porque no pudimos detectar todos los fragmentos que volaron cuando la molécula se desintegró para ver cuántos electrones faltaban.»

El estudio ha sido publicado en Nature.

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