El láser de rayos X LCLS ha permitido a los físicos "catapultar" casi todos los electrones de un solo átomo en una molécula y transformarlo temporalmente en un análogo en miniatura de un agujero negro, atrayendo electrones hacia sí mismo con el poder de su contraparte cósmica, según un artículo publicado en la revista Nature.
© RIA Novosti / Alina Polyanina // DESY / Science Communication Lab
“La fuerza con la que los electrones fueron atraídos por el átomo de yodo en este caso fue mucho mayor que la que generaría, por ejemplo, un agujero negro con una masa de diez soles. En principio, el campo gravitacional de cualquier agujero negro de masa estelar es incapaz de actuar sobre un electrón de una manera comparable, incluso si está muy cerca del horizonte de eventos”, dice Robin Santra del Centro Alemán de Sincrotrones DESY.
Santra y sus colegas crearon un agujero negro en miniatura similar al enfocar todo el haz del láser de rayos X LCLS, actualmente el más poderoso de su tipo en el mundo, en un punto de solo 100 nanómetros de ancho. Esto es aproximadamente igual a la longitud de una molécula orgánica grande y varios cientos de veces menor que el ancho del haz que se usa normalmente en experimentos con tales emisores.
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Gracias a esto, la potencia del rayo láser alcanzó los diez mil millones de gigavatios por centímetro cuadrado, acercándose al punto donde los efectos ultrarelativistas comienzan a manifestarse y la luz comienza a convertirse espontáneamente en materia y antimateria.
La colisión de un pulso de este tipo con átomos individuales de xenón y yodo, como lo demuestran los primeros experimentos de los físicos, conduce al hecho de que pierden virtualmente todos sus electrones y adquieren un estado de oxidación increíblemente alto: +48 o +47, lo que resulta en una carga positiva récord.
Los científicos decidieron probar cómo esta carga puede afectar el comportamiento de otras moléculas y átomos combinando yodo con moléculas de metano y etano que son "transparentes" a los rayos X y no responden a tales rayos.
Los resultados de estos experimentos resultaron ser fantásticos: la irradiación de tales moléculas con un láser durante solo 30 nanosegundos llevó al hecho de que los átomos de yodo se convirtieron en una especie de agujeros negros eléctricos durante unos momentos después de ser perforados por un haz de rayos X.
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Estos átomos, contrariamente a las expectativas de los científicos, perdieron muchos más electrones, no 46 o 47, sino 53 o 54 partículas. El proceso no se detuvo allí, y los átomos de yodo, como agujeros negros supermasivos, empezaron a atraer electrones de otras partes de la molécula, a dispersarlos y "escupirlos" en forma de rayos similares a las eyecciones de sus "primos" cósmicos.
Como resultado, toda la molécula de yodometano se desintegró virtualmente instantáneamente, viviendo solo una billonésima de segundo después del inicio del fuego láser. Algo similar, como creen los científicos, puede ocurrir cuando los organismos vivos entran en contacto con los rayos X, y estudiar este proceso nos ayudará a comprender cómo reducir o neutralizar el daño de la radiación.
“El yodometano es una molécula relativamente simple que nos ayuda a comprender qué sucede con las moléculas orgánicas cuando son dañadas por la radiación. Creemos que esta reacción procede de forma aún más violenta en el yodoetano y otras moléculas complejas, donde el yodo puede expulsar hasta 60 electrones, pero aún no sabemos cómo se puede describir. Resolver este problema es nuestro próximo objetivo”, concluye Artem Rudenko de la Universidad de Kansas (EE. UU.), Primer autor del artículo.
