Un team di ricercatori dell'Università Goethe di Francoforte ha osservato per la prima volta il moto coreografico degli atomi all'interno delle molecole utilizzando il laser a raggi X più potente al mondo. Una scoperta che apre nuove prospettive per la fisica quantistica.
L'osservazione del movimento degli atomi e degli elettroni all'interno delle molecole ha rivelato schemi fissi e coordinati, definiti una 'danza invisibile'. Lo studio, condotto presso l'European XFEL di Amburgo, ha utilizzato la tecnica Coulomb Explosion Imaging per ottenere immagini precise della struttura molecolare e della dinamica quantistica. Questi risultati potrebbero rivoluzionare le tecniche di imaging e la comprensione della fisica molecolare e quantistica.
La fisica e la chimica non sono solo scienze statiche, ma mostrano un mondo dinamico in continuo movimento anche a livello atomico. Gli atomi, seppur invisibili ad occhio nudo, sono i protagonisti di un balletto incessante e silenzioso, una sorta di danza perpetua che si svolge nonostante la quiete apparente delle molecole. Questo intricato movimento è stato finalmente osservato grazie a una scoperta rivoluzionaria da parte dei ricercatori della Università Goethe di Francoforte. Utilizzando il più potente laser a raggi X al mondo, gli scienziati sono riusciti a catturare queste vibrazioni molecolari, rivelando una complessità di movimenti che supera le nostre precedenti concezioni della fisica classica.
Gli scienziati dell'Università Goethe di Francoforte hanno utilizzato il laser a raggi X più potente al mondo per osservare le vibrazioni costanti degli atomi nello stato energetico più basso delle molecole. Questa scoperta è stata possibile grazie all'European XFEL di Amburgo, un apparato straordinario che permette di ottenere immagini ad altissima risoluzione di fenomeni altrimenti invisibili. Le molecole vengono sottoposte a un'esplosione controllata, permettendo agli scienziati di osservare come gli atomi si muovano in modo coordinato, quasi coreografico, seguendo schemi ben precisi. Questo fenomeno, che sfida le leggi della fisica classica, offre un nuovo modo di comprendere la dinamica molecolare.
Queste vibrazioni formano una danza coreografica con schemi fissi e coordinati che superano le spiegazioni della fisica classica. Nel mondo quantistico, le regole cambiano e gli atomi, anche nel loro stato più basso di energia, non sono mai veramente fermi. Questa 'danza invisibile', come la chiama il team di ricerca, è guidata dall'energia di punto zero, un concetto affascinante che implica che anche al minimo energetico, esiste un movimento residuo che guida le particelle. Tale scoperta rappresenta un passo avanti enorme nella capacità di studiare la materia a un livello mai raggiunto prima.
La tecnica chiamata Coulomb Explosion Imaging permette di provocare un'esplosione controllata delle molecole per studiarne la struttura interna con altissima precisione. Questa tecnica ha permesso agli scienziati di visualizzare gli schemi fissi e coordinati del movimento atomico, evidenziando una complessità dinamica che era stata teorizzata ma mai osservata direttamente. Il principio di indeterminazione di Heisenberg rende questo compito ancora più affascinante, poiché implica una limitazione nella misurabilità simultanea della posizione e della velocità delle particelle.
Lo studio ha anche catturato il movimento degli elettroni, più veloce e disordinato, e punta a sviluppare tecniche di imaging ancora più avanzate per la fisica molecolare. Gli elettroni, con il loro comportamento elusivo e caotico, offrono una finestra su processi che sono al cuore della meccanica quantistica. Questa ricerca non solo rappresenta un'importante frontiera per la fisica moderna, ma potrebbe anche aprire nuove strade per l'analisi di molecole complesse e per lo sviluppo di tecnologie di imaging avanzate, capaci di creare veri e propri cortometraggi dei processi molecolari. L'abilità di visualizzare tali dinamiche a questo livello di dettaglio era, fino a poco tempo fa, impensabile.
Questa ricerca rappresenta una frontiera importante per la comprensione della dinamica quantistica e la fisica moderna. Le implicazioni di poter osservare le vibrazioni atomiche e il movimento degli elettroni sono immense, promettendo di rivoluzionare non solo la nostra comprensione delle strutture molecolari, ma anche di sviluppare tecnologie che potrebbero cambiare radicalmente vari campi della scienza e della tecnologia. Con ulteriori sviluppi, potremmo essere in grado di comprendere e manipolare le molecole a una scala senza precedenti, aprendo la porta a innovazioni scientifiche e tecnologiche ancora da immaginare.
Fonte originale: ScienceDaily.
Visualizzazione del movimento atomico: un approfondimento video
Per una migliore comprensione della complessa 'danza invisibile' degli atomi descritta nell'articolo, si consiglia di guardare questo video che illustra i principi della fisica quantistica e il movimento delle particelle a livello atomico.