Os físicos mediram os tempos de voo dos elétrons emitidos por um átomo específico em uma molécula após excitação com luz laser. Isso lhes permitiu medir a influência da própria molécula na cinética de emissão.

A fotoemissão - a liberação de elétrons em resposta à excitação da luz - é um dos processos mais fundamentais do microcosmo. A energia cinética do elétron emitido é característica do átomo em questão, e depende do comprimento de onda da luz empregada. Mas quanto tempo leva o processo? E sempre leva a mesma quantidade de tempo, independentemente de o elétron ser emitido por um átomo individual ou por um átomo que faz parte de uma molécula? Uma equipe internacional de pesquisadores liderados por físicos de laser no Laboratório de Física do Atossegundo (LAP) na LMU Munique e no Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ) em Garching agora investigou a influência da molécula no tempo de fotoemissão.

A descrição teórica da fotoemissão em 1905 por Albert Einstein marcou um avanço na física quântica, e os detalhes do processo são de interesse contínuo no mundo da ciência e além. O modo como os movimentos de uma partícula quântica elementar, como o elétron, são afetados em um ambiente molecular, tem uma influência significativa em nossa compreensão do processo de fotoemissão e das forças que mantêm as moléculas unidas.

Em estreita colaboração com pesquisadores da King Saud University (KSU) em Riade (Arábia Saudita), e outros parceiros internacionais, a equipe do LAP agora determinou quanto tempo leva para os elétrons serem foto-emitidos de um átomo específico dentro de uma molécula (neste caso, o iodo em iodeto de etila). Os tempos medidos estavam na faixa de dezenas de attossegundos. Um attosegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo.

Os pesquisadores usaram uma gama de pulsos na região do raio-X para excitar o elétron-alvo. O uso do aprendizado de máquina ajudou a melhorar a precisão da análise dos dados experimentais, e resultou em comparações mais precisas com as previsões teóricas. “A comparação dos dados experimentais com simulações teóricas finalmente revelou a influência da molécula no tempo que os elétrons precisam para o processo de fotoemissão, "explica o professor Matthias Kling, que lidera o grupo Ultrafast Imaging and Nanophotonics dentro da equipe LAP. Os pesquisadores descobriram que o atraso atribuível ao ambiente molecular tornou-se maior à medida que a energia dos pulsos de luz - e, portanto, a energia cinética inicial transmitida aos elétrons - foi reduzida.

As observações podem ser comparadas com a exploração de uma paisagem. Ao voar sobre ele, muitos detalhes no terreno passam despercebidos. No nível do solo, cada solavanco se faz sentir. O mesmo é verdade para elétrons excitados. Se o impulso inicial for apenas o suficiente para permitir que eles deixem a molécula, o efeito retardador das forças que mantêm a molécula unida é maior do que quando o 'chute' é suficientemente energético para ejetá-las mais prontamente.

"Nossas observações indicam que experimentos rastreando o tempo de fotoemissão nos permitem aprender sobre as forças dentro das moléculas, "explica o professor Abdallah Azzeer, Chefe do Laboratório de Física de Attosegundos da KSU em Riade. "Esses estudos podem melhorar nossa compreensão dos efeitos quânticos em moléculas e reações químicas, "acrescenta a professora Alexandra Landsman da Ohio State University nos EUA, quem lidera o grupo que conduziu a maior parte do trabalho teórico.