La cámara más rápida del mundo

Una nueva técnica permite estudiar fenómenos químicos con una resolución de una trillonésima de segundo. Científicos de la Technische Universität München combinaron dos técnicas: una que permite determinar la masa de una sustancia y otra que detecta cómo interacciona la luz con las moléculas. Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature Communications.

En Youtube hay muchos videos donde captan fenómenos cotidianos en cámara lenta. Por ejemplo, en este video observamos cómo se rompe el vidrio de una taza medidora. La resolución en este caso es de 343,000 cuadros por segundo; es decir, podemos ver lo que está pasando en una cienmilésima fracción de segundo (1×10-5 segundos). En el caso de la técnica desarrollada por la doctora Birgitta Bernhardt y sus colaboradores, la resolución está en el orden de 1×10-18 segundos.

Este nuevo método permite estudiar procesos ultrarrápidos, como la ionización. Durante la fotosíntesis la luz incide en moléculas de un pigmento verde llamado clorofila. La luz transfiere su energía a los electrones de la molécula y estos pasan a un estado excitado. Cuando esa energía se libera se desprenden electrones de la molécula y esta se ioniza, es decir, adquiere una carga neta (en este caso, positiva). Actualmente no se entiende muy bien cómo ocurre a nivel electrónico este fenómeno durante la fotosíntesis.

Los autores de este trabajo utilizaron un modelo sencillo para desarrollar su técnica: el gas noble kriptón. Con la ayuda de un láser es posible excitar al gas y generar diferentes estados de ionización (Kr → Kr+ → Kr2+ → Kr3+). Un segundo rayo láser se lanza para “mirar” lo que está pasando en el gas. Dependiendo de la intensidad de este láser, es posible obtener distintas rutas por las cuales el gas se ioniza; esto es, se pueden alcanzar diferentes niveles de energía entre cada estado de ionización. Si se repite el experimento muchas veces variando el tiempo en el que se lanza el segundo rayo es posible construir, cuadro por cuadro, una película de cómo ocurren los procesos de ionización.

La técnica se llama “pump-probe spectroscopy” en inglés, que podría traducirse como “espectroscopía de disparo y medición”, en alusión a los dos rayos que se utilizan (uno para hacer que arranque la reacción y otro para “mirar” lo que está pasando).

Además de ayudar a entender la fotosíntesis, esta nueva técnica permitiría desarrollar nuevos chips de computadora, más rápidos y eficientes, ya que se podría modular su comportamiento con los láseres que funcionaron para el modelo del gas kriptón.

ultrafast

Dra. Birgitta Bernhardt con el equipo de medición ultrarrápida.

 

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