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FISICA/ Due laser per “interrogare” un atomo di Kripton

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Con una massa circa 1800 volte più piccola di quella dei protoni e dei neutroni e in perenne frenetico movimento attorno al nucleo, gli elettroni rappresentano sicuramente i componenti atomici più difficili da indagare. Se poi si considera il fatto che, a causa del principio di indeterminazione di Heisenberg, posizione e velocità delle particelle elementari non possono essere determinate contemporaneamente in maniera precisa, sembra quasi impossibile riuscire a caratterizzare il comportamento di queste microscopiche particelle all’interno degli orbitali atomici. 

È invece di questi giorni la notizia che un team internazionale di ricercatori dell’Università della California (Usa), del Max Planck Institut di Ottica Quantistica (Germania) e del Lawrence Berkeley  National Laboratory (Usa), utilizzando un laser in grado di generare impulsi brevissimi della durata di un centinaio di attosecondi (un attosecondo è un miliardesimo di miliardesimo di secondo) è riuscito ad osservare in diretta gli effetti provocati dall’espulsione di un elettrone in un atomo di Kripton.

Nel loro esperimento i fisici hanno eccitato gli atomi di Kripton inviando, in una cella riempita di questo gas, gli impulsi di un laser con emissione nell’infrarosso. Questi impulsi, della durata di circa quattro femtosecondi (un femtosecondo è anch’esso un intervallo di tempo molto breve pari a un milionesimo di miliardesimo di secondo) provocano l’espulsione di un elettrone residente negli strati più esterni degli atomi di Kripton (la cosiddetta banda di valenza), rendendo in questo modo gli atomi carichi positivamente (ioni).

Quello che accade in un atomo, in seguito alla perdita di un elettrone, è la formazione di una “lacuna” carica positivamente nel posto precedentemente occupato dall’elettrone e la conseguente nascita di moti oscillatori di questa lacuna all’interno della banda di valenza. Per riuscire a osservare e virtualmente fotografare queste oscillazioni di carica, i fisici impegnati nella ricerca hanno sfruttato la luce emessa da un secondo laser in grado di generare impulsi estremamente brevi nella regione dell’estremo ultravioletto (di circa 150 attosecondi di durata).

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