En la ciencia moderna, los efectos cuánticos hace tiempo que dejaron de ser una abstracción: forman la base de las investigaciones más avanzadas. Uno de estos fenómenos, el efecto túnel, permite a los electrones superar barreras energéticas que normalmente serían insalvables. Bajo el impacto de un potente pulso láser sobre una molécula de hidrógeno, el campo eléctrico distorsiona el potencial, creando condiciones para que el electrón salga fuera de la molécula. Este proceso, conocido como ionización por túnel, resulta especialmente interesante si se utiliza un láser con un campo rotatorio: el electrón, al liberarse, forma en el espacio de impulsos una estructura característica: un toro.
La forma y el tamaño de este toro electrónico contienen información única sobre las propiedades de la molécula y los detalles de la ionización. Sin embargo, hasta hace poco, los científicos se enfrentaban a un serio problema: no era posible determinar con exactitud cuán intenso era el campo láser en el momento de la interacción. Esta incertidumbre impedía extraer toda la información potencial del experimento.
Un grupo de investigadores resolvió este problema aplicando un enfoque experimental innovador. Seleccionaron la molécula de hidrógeno como objeto de análisis y emplearon un microscopio de reacciones capaz de registrar los impulsos tridimensionales de todas las partículas generadas durante la interacción con el láser. Este método permite literalmente “ver” la dinámica de los acontecimientos a nivel subatómico y reconstruir la imagen completa de lo que ocurre después de cada pulso láser.
La clave del éxito fue combinar mediciones precisas con una teoría mejorada. Los científicos descubrieron que el radio y el grosor del toro electrónico dependen de distintos parámetros: uno está relacionado con la intensidad del campo, el otro — con la energía de ionización. Tras desarrollar un nuevo modelo que tiene en cuenta la rotación del campo y los efectos no adiabáticos, lograron determinar de forma unívoca ambos valores desconocidos a partir de dos características medibles.
El experimento demostró que la energía necesaria para ionizar el hidrógeno en un campo intenso difiere de los valores estándar. Además, se comprobó que esa energía varía según el modo en que la molécula se descompone: bien pierde un electrón y se convierte en ion, o bien se fragmenta completamente en partículas individuales.
Según uno de los participantes del proyecto, la nueva metodología no solo permite medir con precisión los parámetros, sino que por primera vez proporciona datos cuantitativos sobre los procesos que ocurren en escalas temporales de attosegundos. Ahora los investigadores pueden determinar con gran precisión las características fundamentales codificadas en la forma del toro electrónico, algo que antes no era posible.
Este descubrimiento abre nuevas perspectivas para la creación de películas moleculares: una grabación cuadro a cuadro de reacciones químicas con una resolución temporal extraordinaria. Esto permitirá no solo observar la reorganización de las capas electrónicas y la ruptura de enlaces, sino también, potencialmente, controlar estos procesos mediante la luz. Este enfoque puede conducir al desarrollo de nuevas tecnologías en ciencia de materiales, fotónica y bioquímica.
Los resultados de esta investigación ya han despertado el interés de la comunidad científica, ya que ofrecen la posibilidad de comprobar y perfeccionar las teorías actuales sobre la interacción entre la luz y la materia. En el futuro, esta metodología podría aplicarse al estudio de moléculas y reacciones más complejas, lo que ampliaría considerablemente los horizontes de la investigación fundamental y aplicada.
