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.