Los científicos han utilizado rayos X intensos para visualizar cómo los láseres potentes provocan que la molécula buckyball, C60, se expanda, fragmente y pierda electrones. El experimento, realizado en el SLAC National Accelerator Laboratory, revela etapas clave de la respuesta molecular a diferentes intensidades de láser. Los hallazgos destacan lagunas en los modelos actuales para predecir el comportamiento molecular bajo luz extrema.
Investigadores del Max Planck Institute for Nuclear Physics en Heidelberg, el Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems en Dresde y el Max Born Institute en Berlín, junto con colaboradores internacionales, expusieron Buckminsterfullerene (C60) a pulsos láser infrarrojos potentes. Utilizando pulsos de rayos X ultracortos del Linac Coherent Light Source (LCLS) en SLAC, capturaron patrones de difracción en tiempo real para rastrear la transformación de la molécula.
El análisis se centró en dos parámetros de la difracción de rayos X: el radio molecular promedio R, que indica expansión o deformación, y la amplitud de Guinier A, que se relaciona con el cuadrado del número efectivo de átomos dispersadores y revela la fragmentación.
A baja intensidad láser, C60 primero se expande sin ruptura inmediata, mostrado por un aumento inicial en R seguido de una caída retardada en A a medida que comienza la fragmentación de manera modesta.
A intensidad intermedia, la expansión precede a una reducción del radio en las imágenes, señalando dispersión de fragmentos más pequeños, corroborado por un descenso ligeramente retardado de la amplitud de Guinier.
A la intensidad más alta, ocurre una expansión rápida junto con una caída inmediata de la amplitud de Guinier al inicio del pulso, indicando la rápida eliminación de electrones de valencia externos. Los modelos teóricos replican este efecto de 'patada', pero fallan en predecir los comportamientos observados a intensidades más bajas, como la ausencia de oscilaciones de movimientos de 'respiración' molecular. Incorporar el calentamiento ultrarrápido en los modelos alinea mejor las predicciones con los datos, subrayando la necesidad de tratamientos cuánticos refinados de la dinámica multi-electrónica en moléculas complejas.
Estas ideas, detalladas en un artículo de Science Advances de 2025, avanzan en la comprensión de reacciones químicas impulsadas por luz y prueban procesos cuánticos en sistemas poliatómicos.