p Pesquisadores liderados por Kiyoshi Ueda, da Universidade de Tohoku, investigaram o que os raios X na matéria realmente fazem e identificaram um novo mecanismo de produção de elétrons livres de baixa energia. Uma vez que os elétrons de baixa energia causam danos à matéria, o processo identificado pode ser importante para compreender e projetar o tratamento de doenças por radiação. p Os raios X são uma das ferramentas de diagnóstico mais importantes na medicina, biologia e ciências materiais, pois podem penetrar profundamente em materiais opacos ao olho humano. Sua passagem por uma amostra, Contudo, pode ter efeitos colaterais, já que a absorção de raios-X depõe energia em camadas profundas da amostra. Em casos extremos, a aplicação de raios-X é limitada por esses efeitos colaterais, conhecido como 'dano por radiação'. A medicina é uma área em que a dose absorvida de raios-X deve ser minimizada.

p Surpreendentemente, não está claro o que acontece quando um raio-X é absorvido, por exemplo, no tecido biológico que consiste em água, biomoléculas e alguns átomos de metal. Uma razão para isso é que as primeiras etapas das reações após a absorção de um raio-X, acontecer extremamente rápido, dentro de 10-100 femtossegundos. Um femtossegundo é a unidade de tempo SI igual a 10–15. Colocando de outra forma, é um milionésimo de um bilionésimo de segundo.

p Nesse tempo, em uma complexa cascata de eventos, vários elétrons são emitidos, e partículas reativas carregadas positivamente (íons) são criadas. A maioria dos experimentos feitos até agora só foi capaz de caracterizar esse estado final muito tempo depois que a reação em cascata foi concluída. Contudo, é a compreensão precisa das etapas intermediárias que é muito importante para a previsão e projeto dos efeitos da radiação na matéria.

p A equipe agora realizou um experimento que teve uma visão detalhada sem precedentes das primeiras centenas de fs após a absorção de um raio-X pela matéria.

p Em um sistema biológico, muitas moléculas de água são dispostas de maneira flexível em torno das moléculas biologicamente funcionais, sem se vincular fortemente a eles.

p Como um sistema modelo para isso, um flexível, agregado fracamente ligado de dois gases nobres diferentes, Ne e Kr, foi criado resfriando-os a temperaturas extremamente baixas. Esses aglomerados de Ne-Kr foram então expostos a raios-X pulsados ​​da fonte de radiação síncrotron SPring-8 que, nas condições escolhidas para o experimento, átomos de Ne preferencialmente ionizados.

p Usando uma configuração experimental avançada, a equipe foi capaz de registrar todos os elétrons e íons que foram criados em cada evento de absorção de raios-X. Eles descobriram que apenas algumas centenas de fs após a ionização inicial, o átomo de Ne que absorveu o raio-x, bem como dois átomos de Kr vizinhos, estavam todos em um ionizado, estado carregado positivamente.

p O mecanismo pelo qual essa redistribuição de carga ultrarrápida prossegue, proposto teoricamente pelo membro da equipe de pesquisa Lorenz Cederbaum, foi chamada de 'Decaimento Mediado por Transferência de Elétrons' (ETMD). Consiste na transferência de elétrons para o átomo de Ne originalmente ionizado combinado pela transferência de energia para longe do Ne, o que leva à ionização do segundo átomo de Kr próximo. O experimento demonstra claramente que a carga altamente localizada produzida pelos raios X na matéria, redistribui sobre muitos locais atômicos em um tempo surpreendentemente curto.

p Kiyoshi Ueda diz:'Acreditamos que a compreensão dos processos iniciados por raios X em um nível microscópico levará a novos insights nas disciplinas da física, biologia e química. '

p Esses resultados foram publicados na revista científica Nature Communications .