Proyecto ATTOFEL

l estudio recibió fondos de los proyectos ATTOFEL («Dinámicas ultrarrápidas mediante fuentes de láser de electrones libres XUV y de attosegundos»), financiado con 3 601 028 euros mediante una Red de Formación Inicial Marie Curie perteneciente al tema «Personas» del Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea, y Laserlab-Europe («Iniciativa integrada de infraestructuras europeas de investigación con láser»), un consorcio europeo de las principales infraestructuras de investigación con láser financiado con 8 650 000 millones de euros a través de la partida presupuestaria «Infraestructuras de investigación» perteneciente al tema «Capacidades» del 7PM. Los investigadores al cargo del proyecto afirmaron que los procesos de doble ionización se asemejan a una partida de billar, en la que una colisión inicial pone otras bolas en movimiento.

La luz láser intensa expulsa primero un electrón del átomo y lo acelera alejándolo del núcleo atómico para acercarlo de nuevo después. Durante la colisión el electrón transfiere parte de su energía a un segundo electrón que se excita y pasa a un orbital superior. A continuación el campo eléctrico del pulso de láser libera el segundo electrón de dicho orbital atómico.

Debido a que los procesos de doble ionización no secuencial suelen implicar múltiples recolisiones y eventos de excitación, la dificultad para interpretar los resultados experimentales con precisión es patente. Para solventar este contratiempo el equipo confinó el proceso de doble ionización no secuencial en un único evento de recolisión y excitación que permitió registrar el proceso a escala de attosegundos.

Su estrategia fue la de apuntar un pulso de láser de cuatro femtosegundos hacia átomos de argón (un femtosegundo es la milbillonésima parte de un segundo). La onda de luz de este pulso consistió básicamente en dos «ondas máximas» y dos «ondas mínimas» (dos ciclos). Gracias a la energía del campo de láser la mayoría de los átomos alcanzan un estado de ionización sencilla y uno de cada mil de doble ionización no secuencial.

El primer electrón, tras su ionización inmediatamente posterior a la onda máxima, tardó aproximadamente 1,8 femtosegundos en volver a la órbita atómica para excitar el segundo electrón. Además se mantuvo en un estado de excitación durante unos 400 attosegundos antes de que el campo de láser lo liberara de su órbita justo antes de la segunda onda máxima.

Boris Bergues, del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y uno de los autores del estudio, comentó: «Nos sorprendió observar que el segundo electrón abandona el orbital atómico 200 attosegundos antes del máximo del segundo ciclo . » De este modo el equipo logró poner en entredicho la idea de que el segundo electrón escapa de su orbital en el máximo de un ciclo valiéndose de la dinámica cuántica interna de un sistema multielectrónico regido por láser.

Este tipo de investigación a escalas temporales de attosegundos es básica para obtener un conocimiento más profundo de las interacciones entre la luz y la materia. Del mismo modo, la aplicación de esta técnica experimental al estudio de moléculas podría aclarar otros procesos multielectrónicos complejos que tienen lugar durante las reacciones químicas.