Il laser a raggi X LCLS ha permesso ai fisici di "catapultare" quasi tutti gli elettroni di un singolo atomo in una molecola e trasformarlo temporaneamente in un analogo in miniatura di un buco nero che attrae elettroni a se stesso con la potenza della sua controparte cosmica, secondo un articolo pubblicato sulla rivista Nature.
© RIA Novosti / Alina Polyanina // DESY / Science Communication Lab
“La forza con cui gli elettroni venivano attratti dall'atomo di iodio in questo caso era molto maggiore di quella che sarebbe stata generata, ad esempio, da un buco nero con una massa di dieci Soli. In linea di principio, il campo gravitazionale di qualsiasi buco nero di massa stellare non è in grado di agire su un elettrone in modo comparabile, anche se è molto vicino all'orizzonte degli eventi , afferma Robin Santra del Centro di sincrotrone tedesco DESY.
Santra ei suoi colleghi hanno creato un buco nero in miniatura simile focalizzando l'intero raggio del laser a raggi X LCLS, attualmente l'installazione più potente del suo genere al mondo, in un punto largo solo 100 nanometri. Questo è approssimativamente uguale alla lunghezza di una grande molecola organica e diverse centinaia di volte inferiore alla larghezza del fascio usualmente utilizzata negli esperimenti con tali emettitori.
Grazie a ciò, la potenza del raggio laser ha raggiunto i dieci miliardi di gigawatt per centimetro quadrato, avvicinandosi al punto in cui iniziano a manifestarsi effetti ultrarelativistici e la luce inizia a trasformarsi spontaneamente in materia e antimateria.
La collisione di un tale impulso con singoli atomi di xeno e iodio, come dimostrato dai primi esperimenti dei fisici, porta al fatto che perdono praticamente tutti i loro elettroni e acquisiscono uno stato di ossidazione incredibilmente alto - +48 o +47, risultando in una carica positiva record.
Gli scienziati hanno deciso di testare come questa carica possa influenzare il comportamento di altre molecole e atomi combinando lo iodio con molecole di metano ed etano che sono "trasparenti" ai raggi X e non rispondono a tali raggi.
I risultati di questi esperimenti si sono rivelati fantastici: l'irradiazione di tali molecole con un laser per soli 30 nanosecondi ha portato al fatto che gli atomi di iodio si sono trasformati in una sorta di buchi neri elettrici per alcuni istanti dopo essere stati perforati dal raggio di raggi X.
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Questi atomi, contrariamente alle aspettative degli scienziati, hanno perso molti più elettroni: non 46 o 47, ma 53 o 54 particelle. Il processo non si è fermato qui e gli atomi di iodio, come buchi neri supermassicci, hanno cominciato a tirare su se stessi elettroni da altre parti della molecola, accelerarli e "sputarli" sotto forma di fasci simili alle emissioni dei loro "cugini" cosmici.
Di conseguenza, l'intera molecola di iodometano si è praticamente disintegrata all'istante, vivendo solo un trilionesimo di secondo dopo l'inizio dell'incendio del laser. Qualcosa di simile, come credono gli scienziati, può accadere quando gli organismi viventi entrano in contatto con i raggi X e lo studio di questo processo ci aiuterà a capire come ridurre o neutralizzare il danno dalle radiazioni.
“Lo iodometano è una molecola relativamente semplice che ci aiuta a capire cosa succede alle molecole organiche quando vengono danneggiate dalle radiazioni. Crediamo che questa reazione proceda ancora più violentemente nello iodoetano e in altre molecole complesse, dove lo iodio può emettere fino a 60 elettroni, ma non sappiamo ancora come possa essere descritto. Risolvere questo problema è il nostro prossimo obiettivo , conclude Artem Rudenko dell'Università del Kansas (USA), il primo autore dell'articolo.
