Los "átomos huecos", que se están produciendo en los laboratorios de TU Wien Viena son objetos bastante exóticos. Sus electrones están en un estado de energía extremadamente alta los llamados estados de Rydberg, pero cuando se disparan a través de otromaterial, pueden deshacerse de esta energía en cuestión de femtosegundos millonésimas de una billonésima de segundo.
Durante mucho tiempo, los físicos han estado especulando sobre cómo este proceso puede ser tan rápido. Los experimentos con iones de xenón y grafeno ahora han demostrado que la razón es un efecto que se ha subestimado enormemente: la llamada "descomposición interatómica del culombio".Estudiar este efecto no solo es importante para la física atómica, sino también para nuestra salud: cuando se irradia material biológico, la descomposición interatómica del coulomb puede fracturar las moléculas de ADN. Estos resultados se han publicado ahora en la revista Cartas de revisión física .
Átomos huecos
Los ambientes extremos se crean en los laboratorios de TU Wien. En una trampa de iones, se utilizan grandes cantidades de energía para extraer una gran cantidad de electrones de sus átomos, dejando atrás iones altamente cargados. Cuando dicho ion se dispara a unsuperficie, recupera sus electrones, alejándolos de la superficie. Sin embargo, estos electrones nuevos tienen energías muy altas. Ocupan las capas externas de electrones, lejos del núcleo atómico, mientras que en un átomo normal, los electrones tienden aocupan las capas electrónicas más internas, donde su energía es baja. Un átomo, en el que muchos electrones se encuentran en las capas electrónicas externas, mientras que muchos estados electrónicos internos están vacíos, se denomina "átomo hueco".
"Tan pronto como estos átomos huecos entran en un sólido, por ejemplo, cuando penetran una lámina delgada, su estado electrónico cambia casi instantáneamente", dice Richard Wilhelm, científico del equipo del profesor Friedrich Aumayr en TU Wien.los electrones excitados regresan a un estado de energía más baja. Y esto sucede tan rápido que durante muchos años siguió siendo un misterio, qué proceso puede ser responsable de esa transferencia de energía ".
"Los mecanismos habituales que normalmente permiten a los electrones deshacerse de su energía son demasiado lentos", dice Friedrich Aumayr. "Por lo tanto, se han propuesto diferentes hipótesis ad-hoc para explicar este fenómeno. Pero nadie realmente tuvo una respuesta satisfactoria"."
xenón y grafeno
Junto con físicos del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, el equipo vienés decidió examinarlo más de cerca. Usaron iones muy pesados, treinta átomos de xenón cargados positivamente, y los dispararon contra el grafeno, el material más delgado del mundo, que consta de una sola capa de átomos de carbono. El tiempo que tardan los átomos cargados en atravesar el grafeno es solo un femtosegundo, pero este contacto ultracorto es suficiente para cambiar completamente la distribución de electrones.
El experimento demostró que esta redistribución se debe a un efecto que se considera poco importante: la desintegración interatómica de Coulomb: la energía de un solo electrón se transfiere a otros electrones de átomos vecinos. El átomo de xenón altamente cargadopasa a través de la capa de grafeno y entra en contacto con varios átomos de carbono al mismo tiempo. La alta energía de un electrón en el átomo de xenón pasa a varios electrones en el grafeno que ahora pueden abandonar su lugar y salir disparados, pero solocon energías bastante bajas.
La baja energía de los electrones resultantes es la razón por la cual este proceso juega un papel interesante en la biología. Tales desintegraciones de coulomb interatómicas también pueden ocurrir cuando la radiación ionizante como se usa en la terapia del cáncer, cuando los pacientes son irradiados con radiación gamma, ioneso electrones elimina un electrón interno de un átomo y lo deja en un estado altamente excitado "hueco". También en ese caso, la energía se puede distribuir en varios átomos vecinos y se emiten muchos electrones lentos. Esto puede conducira roturas de cadena simple o doble en las moléculas de ADN. En el tejido humano normal, esto puede causar defectos hereditarios o cáncer, pero en la radioterapia, este tipo de daño en el ADN puede ser muy efectivo para destruir las células cancerosas.
Estas nuevas ideas sobre el importante papel de la desintegración de coulomb interatómica en los átomos huecos abren nuevas formas de estudiar este efecto y de obtener nuevas ideas que son relevantes para la medicina y la biología.
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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