Cientistas usaram raios X intensos para visualizar como lasers poderosos fazem a molécula buckyball, C60, expandir, fragmentar e perder elétrons. O experimento, realizado no SLAC National Accelerator Laboratory, revela estágios chave da resposta molecular em diferentes intensidades de laser. As descobertas destacam lacunas nos modelos atuais para prever o comportamento molecular sob luz extrema.
Pesquisadores do Max Planck Institute for Nuclear Physics em Heidelberg, do Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems em Dresden e do Max Born Institute em Berlim, juntamente com colaboradores internacionais, expuseram Buckminsterfullerene (C60) a pulsos de laser infravermelho fortes. Usando pulsos de raios X ultracurtos do Linac Coherent Light Source (LCLS) no SLAC, capturaram padrões de difração em tempo real para rastrear a transformação da molécula.
A análise focou em dois parâmetros da difração de raios X: o raio molecular médio R, indicando expansão ou deformação, e a amplitude de Guinier A, que se relaciona com o quadrado do número efetivo de átomos espalhadores e revela fragmentação.
Em baixa intensidade de laser, C60 expande primeiro sem quebra imediata, mostrado por um aumento inicial em R seguido de uma queda atrasada em A à medida que a fragmentação começa modestamente.
Em intensidade intermediária, a expansão precede uma redução de raio nas imagens, sinalizando espalhamento de fragmentos menores, corroborado por uma queda ligeiramente atrasada na amplitude de Guinier.
Na intensidade mais alta, ocorre expansão rápida junto com uma queda imediata na amplitude de Guinier no início do pulso, indicando remoção rápida de elétrons de valência externos. Modelos teóricos replicam esse efeito de 'chute', mas falham em prever comportamentos observados em intensidades mais baixas, como a ausência de oscilações de movimentos de 'respiração' molecular. Incorporar aquecimento ultrarrápido nos modelos alinha melhor as previsões com os dados, sublinhando a necessidade de tratamentos quânticos refinados da dinâmica multi-elétron em moléculas complexas.
Essas percepções, detalhadas em um artigo da Science Advances de 2025, avançam o entendimento de reações químicas impulsionadas pela luz e testam processos quânticos em sistemas poliatômicos.