krypton

Quando si parla di luce estrema e di materia portata al limite, ci si aspetta sempre qualcosa di affascinante, ma il comportamento del krypton al laboratorio European XFEL è riuscito comunque a sorprendere anche chi lavora da anni in questo campo. Il krypton, che nella vita di tutti i giorni è un gas nobile piuttosto anonimo e tranquillo, sotto una raffica di 5.000 lampi di raggi X al secondo ha mostrato un lato molto più complesso. La sua nube elettronica, messa sotto pressione in modo quasi brutale, ha dato vita a un fenomeno che raramente si lascia catturare: la formazione di un doppio core-hole, cioè la simultanea eccitazione di due elettroni negli strati più profondi dell’atomo. Una configurazione così delicata e fugace da essere quasi impossibile da osservare con chiarezza, fino a ora. Fisici ottengono oltre 100 volte più fotoni nella fotoionizzazione del krypton Per capire perché sia così speciale, bisogna soffermarsi su quel minuscolo intervallo di tempo in cui tutto accade. Quando un fotone X colpisce un elettrone degli strati più interni, lo spinge a un livello energetico più alto e, nell’istante successivo, si apre una finestra piccolissima – parliamo di pochi femtosecondi – in cui l’atomo può assorbire un secondo fotone. È un momento talmente rapido che di solito viene soffocato dal caos degli altri elettroni che si riorganizzano. Per aggirare questo problema, i ricercatori hanno scelto una strada piuttosto audace: lavorare con krypton spogliato quasi del tutto, il cosiddetto Kr26+, con appena dieci elettroni rimasti in pista. Una situazione estrema, certo, ma perfetta per pulire il segnale e osservare ogni passaggio con una nitidezza che prima era impensabile. Il fascio laser utilizzato, frutto della collaborazione tra European XFEL e il Max Planck Institute for Nuclear Physics, è tra i più intensi al mondo e ha permesso di colpire il punto giusto con una precisione quasi chirurgica. La coincidenza energetica necessaria per eccitare entrambi gli elettroni sembra fatta apposta: la risonanza è talmente vicina che lo stesso fascio monocromatico, con una larghezza spettrale microscopica, è riuscito a guidare entrambe le transizioni. I fisici spiegano che questa “fortuna” deriva da effetti relativistici che modificano le orbite degli elettroni negli ioni pesanti, e la cosa affascinante è che proprio questo dettaglio ha reso possibile ciò che per anni era rimasto solo un obiettivo teorico. Una volta creato, lo stato doppio eccitato non resta lì a lungo: decade rapidamente, liberando un nuovo elettrone e portando l’atomo a una carica ancora più alta. Ma il punto che ha sorpreso di più è l’efficienza del processo. Preparato in questo modo, il krypton ha assorbito più di cento volte il numero di fotoni rispetto alla fotoionizzazione classica. Un comportamento che apre scenari completamente nuovi per chi studia la dinamica atomica in condizioni estreme e che potrebbe diventare un metodo particolarmente pulito e controllabile per gli esperimenti ultraveloci. Secondo gli scienziati, questa tecnica si integra perfettamente con le future modalità operative dell’XFEL europeo, dai fasci a due colori del sistema SASE3 ai prototipi di oscillatori XFELO. In altre parole, non è solo un esperimento spettacolare, ma un tassello che potrà servire a indagare la struttura più profonda della materia con un livello di precisione sempre più fine. Un passo avanti che, non a caso, ha già trovato spazio sulle pagine di Physical Review Letters.

krypton

Jason Momoa torna come Lobo in Supergirl: cosa rivela sul futuro nel DCU

Krypton sotto raggi X: catturato il raro doppio core-hole