Osservare gli elettroni mentre si muovono, nel preciso istante in cui lo fanno, non è più solo un’idea teorica. A tal proposito, infatti, è stato raggiunto un traguardo storico per la fisica sperimentale. Ciò grazie a un gruppo di ricercatori dell’ICFO (Istituto di Scienze Fotoniche di Barcellona). Quest’ultimi hanno generato un impulso di luce X soffice della durata record di 19,2 attosecondi, il più breve mai misurato. Un risultato che segna un punto di svolta nello studio dei fenomeni elettronici fondamentali. Per comprendere la portata della scoperta, basta guardare le scale temporali coinvolte. Un attosecondo corrisponde a un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Un intervallo così ridotto che, finora, il moto degli elettroni poteva essere soltanto ricostruito in modo indiretto. La nuova sorgente sviluppata all’ICFO può essere descritta come la fotocamera più veloce mai costruita.
L’impulso X non è solo breve, ma anche sufficientemente intenso e stabile da consentire misurazioni affidabili. La scelta dei raggi X soffici è strategica: tale regione dello spettro permette di distinguere singoli atomi e di seguire la riorganizzazione degli elettroni attorno a specifici siti atomici. In pratica, diventa possibile osservare in tempo reale come una molecola evolve o come un materiale modifica le proprie proprietà elettroniche.
Una fotocamera riesce ad immortalare in diretta il movimento degli elettroni
Il risultato è il frutto di anni di lavoro sulla generazione di armoniche elevate, una tecnica che richiede un controllo finissimo dei laser ultraveloci. Uno degli ostacoli principali non era solo creare impulsi così brevi, ma anche misurarli con certezza, dato che per molto tempo le durate attosecondiche erano soltanto stimate.
Le implicazioni sono enormi: dalla progettazione di celle fotovoltaiche più efficienti al miglioramento dei processi catalitici. Fino allo studio di materiali con forti correlazioni elettroniche e allo sviluppo di dispositivi quantistici di nuova generazione.
Il percorso verso tale record è iniziato circa dieci anni fa. Nel 2015, il gruppo guidato dal professor Jens Biegert riuscì per la prima volta a isolare impulsi di attosecondi nei raggi X soffici. Mostrando il loro enorme potenziale applicativo. Mancava però uno strumento di verifica definitivo. La svolta è arrivata grazie a un innovativo metodo di ricostruzione dell’impulso, sviluppato dal primo autore dello studio, Fernando Ardana-Lamas. Tale tecnica ha permesso di determinare con precisione la durata del lampo di luce, superando persino la cosiddetta unità atomica di tempo. Considerata per anni un limite pratico invalicabile.
