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Una mirada al interior de las moléculas

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A hombros de gigantes

Programa de divulgación científica. Es un espacio pegado a la actualidad con los hallazgos más recientes, las últimas noticias publicadas en las principales revistas científicas, y las voces de sus protagonistas. Pero también es un tiempo de radio dedicado a nuestros centros de investigación, al trabajo que llevan a cabo y su repercusión en nuestra esperanza y calidad de vida. Los viernes de 22:00 a 23:00 horas

Un grupo de científicos europeos, con participación de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid, ha logrado observar el movimiento de los electrones en el interior de las moléculas. El trabajo ha sido publicado recientemente en Nature.

El profesor Fernando Martín García, director del Departamento de Química de la Autónoma madrileña, nos ha contado en 'A hombros de gigantes' como han hecho el trabajo y cuales pueden ser las aplicaciones de esta nueva rama de la Química que se conoce como Femtoquímica.

Desde los años 80 del siglo pasado, los científicos han examinado el movimiento de los núcleos atómicos utilizando pulsos láser de femtosegundos (un femtosegundo es la milésima parte de la millonésima parte de la millonésima parte de un segundo).

“Láseres de femtosegundos permiten recrear la ilusión del movimiento“

La corta duración de estos láseres permite obtener una concatenación de "fotografías" de los núcleos, lo que produce la ilusión del movimiento. Utilizando un símil cinematográfico, el láser de femtosegundos es la cámara con la que se filma la película del movimiento nuclear.

El investigador que desarrolló esta técnica -el norteamericano de origen egipcio Ahmed Zewail- fue galardonado con el premio Nobel de Química en 1999. 

Sin embargo, estos láseres no permiten estudiar el movimiento de los electrones, ya que, por ser partículas mucho más ligeras que los núcleos, son mucho más rápidas y, por tanto, cualquier fotografía obtenida aparecería "borrosa" o "movida".

Pero en 2001 se produjo una nueva revolución: la creación del primer pulso láser con una duración inferior a un femtosegundo, lo que ha conducido recientemente al desarrollo de los denominados "láseres de attosegundos".  Un attosegundo es la millonésima parte de la millonésima parte de la millonésima parte de un segundo (es decir, 1000 veces más rápido que un femtosegundo).

En un attosegundo, la luz solo puede recorrer una distancia inferior a la millonésima parte de un milímetro, equivalente a la distancia que existe entre los dos extremos de una molécula.

Por tanto, un láser de attosegundos podría utilizarse para obtener una "película" del movimiento de los electrones dentro de la molécula. Sin embargo, la cuestión que se planteaba es como "mirar" e "interpretar" las imágenes proporcionadas por cámaras fotográficas tan sofisticadas y obtenidas en intervalos de tiempo tan cortos, el tipo de "gafas" que deberían utilizarse para comprender dichas imágenes.

Los investigadores solventaron el problema resolviendo  la ecuación fundamental de la mecánica cuántica (la ecuación de Schrödinger) con una precisión no alcanzada hasta la fecha, para lo cual fue necesario desarrollar nuevos códigos computacionales cuya ejecución requirió más de un millón de horas de tiempo de cálculo en el Centro de Supercomputación de Barcelona "Mare Nostrum".

A HOMBROS DE GIGANTES

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