Os cientistas conduziram o estudo mais rápido de todos os tempos sobre como os elétrons respondem aos raios X, capturando a dinâmica fugaz do processo em tempo real. A pesquisa, publicada na revista Nature, fornece insights sobre as interações fundamentais entre os raios X e a matéria, com implicações potenciais para campos como imagens de raios X, microscopia e ciência dos materiais.

Os raios X são uma forma de radiação eletromagnética de alta energia com comprimentos de onda mais curtos que a luz ultravioleta. Quando os raios X interagem com a matéria, eles podem soltar elétrons de seus átomos, um processo conhecido como ionização. A dinâmica desse processo ocorre em escalas de tempo incrivelmente curtas, medidas em femtossegundos (um quatrilionésimo de segundo).

Para capturar essas dinâmicas ultrarrápidas, os pesquisadores usaram uma técnica chamada espectroscopia de fotoemissão resolvida no tempo. Esta técnica combina um laser de raios X com um pulso de laser ultracurto para excitar elétrons e sondar sua resposta simultaneamente. O laser de raios X fornece um pulso de raios X de alta energia para induzir a ionização, enquanto o pulso de laser ultracurto atua como uma luz estroboscópica, permitindo aos pesquisadores tirar instantâneos da dinâmica dos elétrons em diferentes pontos de tempo.

Usando esta abordagem, a equipe liderada por cientistas do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria em Hamburgo, Alemanha, conseguiu capturar a dinâmica de ionização dos átomos de criptônio em tempo real. Os experimentos revelaram uma imagem detalhada de como os elétrons escapam de seus átomos-mãe, fornecendo informações valiosas sobre os mecanismos subjacentes e as escalas de tempo envolvidas.

Os resultados mostraram que o processo de ionização ocorre de maneira gradual, com os elétrons ocupando inicialmente estados intermediários antes de passarem para níveis de energia mais elevados ou escaparem completamente do átomo. O tempo destas etapas poderia ser resolvido com uma precisão sem precedentes, proporcionando uma compreensão mais profunda das interações fundamentais no nível atômico.

O estudo também revelou o papel da correlação eletrônica no processo de ionização. Correlação de elétrons refere-se às interações e correlações entre diferentes elétrons dentro de um átomo. Ao analisar os atrasos entre as etapas de ionização, os pesquisadores encontraram evidências de fortes efeitos de correlação que influenciam a dinâmica da emissão de elétrons.

A pesquisa fornece insights críticos sobre as interações fundamentais entre os raios X e a matéria, abrindo novos caminhos para explorar e controlar essas interações. Isso poderia ter implicações para vários campos, incluindo técnicas de imagem de raios X, como lasers de elétrons livres de raios X, onde a dinâmica ultrarrápida da ionização desempenha um papel crucial na formação de imagens.

A compreensão dessas dinâmicas também pode contribuir para o desenvolvimento de novos materiais com propriedades eletrônicas personalizadas e desempenho aprimorado para aplicações em eletrônica, armazenamento de energia e catálise. Ao aproveitar o poder da espectroscopia de fotoemissão resolvida no tempo, os cientistas podem desvendar os segredos da dinâmica eletrônica ultrarrápida, abrindo caminho para avanços em várias fronteiras científicas e tecnológicas.