Fisicos crean atomos huecos, les quitan electrones de adentro hacia afuera

Publicado en 'Ciencias' por ghost, 13 Feb 2011.





  1. ghost

    ghost Miembro de oro

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    Los científicos que manejan el láser más poderoso del mundo de rayos X duros, ubicado en el Departamento de SLAC de Energía del Laboratorio Nacional de Aceleración, han publicado sus resultados en donde muestran su capacidad única para controlar el comportamiento de los electrones individuales dentro de los átomos simples y las moléculas despojándolos de sus electrones uno a uno logrando así la creación de átomos huecos.

    Estos primeros resultados publicados el pasado 30 de junio, y otros la semana pasada, describen con gran detalle cómo los pulsos intensos de la fuente de luz coherente Linac de rayos-X, cambian los átomos y las moléculas que están diseñados previamente a la imagen deseada. El control de esos cambios será fundamental para el logro de las imágenes a escala atómica de las moléculas biológicas y de las películas de los procesos químicos que el LCLS está diseñado para producir.

    En un informe publicado en el 01 de julio cuestión de la naturaleza, un equipo dirigido por Linda Young del Laboratorio Nacional de Argonne, se describe cómo fueron capaces de sintonizar pulsos LCLS para quitar de forma selectiva los electrones, uno por uno, a partir de átomos de gas de neón. Variando las energías de los fotones de los pulsos, pueden hacerlo desde el exterior o -una tarea más difícil- desde adentro hacia afuera, creando los llamados “átomos hueco.”

    “Hasta hace muy poco, pocos creían que un láser de electrones libres de rayos X era aún posible, en principio, y mucho menos susceptibles de ser utilizados con esta precisión”, dijo William Brinkman, director de la Oficina de Ciencia del DOE. “Eso es lo que hace que estos resultados sean tan emocionante”.

    Young, quien condujo los primeros experimentos en octubre con colaboradores de SLAC y cinco de otras instituciones, dijo: “Nunca nadie ha tenido acceso a los rayos X de esta intensidad, por lo que la forma en que ultra-intensos rayos-X interactúan con la materia es completamente desconocido. Es importante establecer estos mecanismos de interacción básica. “

    Joachim SLAC Stöhr, director del LCLS, dijo: “Cuando pensamos en los primeros experimentos con LCLS hace diez años, nos imaginamos que la viga LCLS puede realmente ser lo suficientemente potente como para crear átomos huecos, pero en ese momento era sólo un sueño . El sueño se ha convertido hoy en realidad. “

    En otro informe, publicado 22 de junio en Physical Review Letters, un equipo dirigido por el físico Nora Berrah de Western Michigan University-el tercer grupo para llevar a cabo experimentos en el LCLS- describe los primeros experimentos sobre las moléculas. Su grupo también creó los átomos hueco, en este caso dentro de las moléculas de gas nitrógeno, y encontró diferencias sorprendentes en el camino largo y corto pulsos láser de exactamente las mismas energías en donde despojaron y dañaron las moléculas de nitrógeno.

    “Acababa de introducir las moléculas en la cámara y observamos a lo que venía por ahí, y nos encontramos con una ciencia nueva y sorprendente”, dijo Matthias Hoener, un investigador postdoctoral en el grupo Berrah es en la UMM y científico visitante en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que fue el primer autor de el artículo. “Ahora sabemos que al reducir la longitud del pulso, la interacción con la molécula llega a ser menos violentos.”

    Mientras que los primeros experimentos fueron diseñados para ver lo que el LCLS puede hacer y cómo sus pulsos ultra-rápidos y ultra-brillante interactuan con los átomos y moléculas, se allana el camino para experimentos más complejos por venir. Sus capacidades únicas son las que hacen del LCLS una poderosa herramienta para la investigación en una amplia gama de campos, incluyendo la física, química, biología, ciencias de materiales y energía.

    Las LCLS imágenes muestran la dispersión de luz de rayos X de un átomo, molécula o una muestra más grande de material. Sin embargo, cuando el LCLS utiliza los rayos X con una fuerte orientación por los espejos, cada pulso de láser potente destruye cualquier muestra que llegue. Dado que algunos tipos de daños, como el derretimiento de ólidos, no es instantáneo y sólo se desarrollan con el tiempo, el truco es minimizar los daños durante el mismo pulso y registrar la instantánea de rayos X con una cámara antes de abrirse la muestra.

    Ambos equipos encontraron que cuanto menor es el pulso de láser, los electrones se eliminan menos lejos del átomo o molécula y menor será el daño hecho. Y ambos profundizados en los mecanismos detallados detrás de ese daño.

    Los átomos son un poco como sistemas solares en miniatura, con sus electrones orbitando a diversas distancias del núcleo en una especie de pelusa cuántica. Para simplificar las cosas, los científicos describen como los electrones están orbitando en “depósitos” a distancias específicas del núcleo. La capa más interna contiene un máximo de dos electrones, el siguiente hasta ocho, la tercera hasta 18, y así sucesivamente.

    Puesto que están más cercanos al núcleo con carga positiva, dos electrones interiores son generalmente los más difíciles de arrebatarar. Pero también más fácil de absorber fotones de luz de rayos X, por lo que son los más proclives a “contraer infecciones” que los separan mediante un intenso rayos-X.

    Aunque los experimentos anteriores con intensos láseres ópticos han despojado a los átomos de neón de la mayor parte de sus electrones, Young fue el primero en descubrir cómo los láseres ultra-intensos de rayos X lo hacen. A energías de fotones bajas, los electrones externos se retiran, dejando a los electrones más internos intactos. Sin embargo, a energías de fotones más alta, los electrones más internos son los primeros en ser expulsados, y luego la cascada de electrones externos en el núcleo interior vacío, sólo para ser expulsados por las partes posteriores del mismo pulso de rayos-X. Incluso en el lapso de un solo pulso puede haber ocasiones en que ambos electrones internos se expulsan yb se encuentran con la creación de un átomo de hueco que es transparente a los rayos X, dijo Young.

    “Esta transparencia asociada con los átomos hueco podría ser una característica útil para los experimentos de imagen futura, porque disminuye la fracción de fotones haciendo daño y permite un mayor porcentaje de fotones de dispersión fuera del átomo y crear así la imagen”, dijo Young. Dijo que la aplicación de este fenómeno también permitirá a los investigadores controlar la profundidad de un pulso intenso de rayos Xpara penetrar en una muestra.

    El equipo de Berrah ha bombardeado bocanadas de gas nitrógeno con pulsos láser que variaron en la duración de alrededor de cuatro femtosegundos, o quadrillionths de segundo, a 280 femtosegundos. No importa qué tan corto o largo era, sin embargo, cada pulso contenían la misma cantidad de energía en forma de luz de rayos X, de modo que se puede esperar que ellos tienen más o menos los mismos efectos sobre las moléculas de nitrógeno.

    Pero, para sorpresa del equipo, que no era el caso, Hoener dijo. Los pulsos de larga duración expulsan cada electrón de las moléculas de nitrógeno, empezando por los más próximos al núcleo, los cortos despojaron sólo algunos de ellos.

    El informe atribuye esto al efecto de absorción “frustrado”: Dado que los electrones de la molécula son preferentemente despojados de las conchas más interna, simplemente no hay tiempo suficiente durante un breve impulso de electrones más externos de la molécula para rellenar las conchas más interiores.

    Con toda esta actividad en el interior del átomo, los científicos tienen una nueva manera de explorar la estructura atómica y la dinámica. Otros experimentos han investigado nanoclusters de los átomos, los nanocristales de proteínas y virus, incluso individuales, con resultados esperados que se publicarán en los próximos meses.

    Fuente: http://universitam.com/academicos/?p=3762
     
    Última edición: 13 Feb 2011
    A Hafking le gustó este mensaje.


  2. ghost

    ghost Miembro de oro

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    Advertencia, el siguiente comentario podria hacer revolcar a Einstein en su tumba.

    Bueno aquí va:

    Si las propiedades físicas y químicas de cada átomo (oro, nitrógeno, azufre, etc) están determinadas por la cantidad de electrones, protones y neutrones que contiene, ¿podríamos confeccionar un átomo añadiendo o restado partículas sub atómicas?

    Lo digo porque en la noticia del post, estos científicos han podido restarle electrones a un átomo.

    Me imagino que en el futuro en vez de usar la minería para extraer cobre (por ejemplo), podríamos confeccionar dicho mineral en el laboratorio.

    Que conste la advertencia del principio. :biggrin:
     
  3. Xilfe

    Xilfe Miembro de oro

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    Bajo esa premisa, se puede convertir el plomo en oro entonces?.. lo que no logró el agua regia XD.
     
    Última edición: 15 Feb 2011
  4. dusflow

    dusflow Miembro maestro

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    Talves se pueda , pero el universo tan equilibrado nos brindara nuevos elementos inmanejables para este tipo de tecnologías, que equiparan su rareza a su gran valor monetario.
     
  5. TenmaSamaXD

    TenmaSamaXD Miembro maestro

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    Podriamos comprar un poco de Hidrogeno y algo de Oxigeno, podriamos practicar algo de estequiometria para asegurarnos de las proporcianalidades correctas, los juntariamos talves en algun recipiente, crees que de esta manera "creariamos" agua.

    ----- mensaje añadido, 16-feb-2011 a las 00:02 -----

    Habria que llamar a los alquimistas para hacer esto ^_^ .

    Bueno que pasa si tenemos un atomo de Helio neutro (Z=2), que tiene 2 protones, 2 neutrones y 2 electrones. Y si le arrancamos un electron? despues de todo solo debemos vencer la interaccion coulumbiana que lo une al nucleo (el metodo expuesto por el host muestar un ejemplo). Pues obtendriamos un atomo de Helio ionizado He+. Y si le arrancamos un nucleon (proton o neutron)?. Entonces deberiamos vencer la interaccion nuclear fuerte que compactifica el nucleo. Como lo podemos hacer? Fision Nuclear. Bueno las cantidades de energia que se podria liberar por la fision de los nucleos ya son conocidas ^,^


    Salu2
     
  6. Exeptico

    Exeptico Miembro de oro

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    Extraño fenómeno, el descrito.

    La conducta de los electrones en el átomo esta normada por el “Principio de exclusión de Pauli”. El cual mantiene a los electrones en ciertos niveles de energía y según ciertas reglas.

    Lo electrones cambia de niveles de energía al emitir o adsorber fotones
    Para subir un nivel adsorbe un fotón y viceversa.

    La tecnología nos a proporcionado una nueva herramienta “Laser de rayos X”.

    Utilizando un elemento para experimentar. Una mezcla gaseosa de nitrógeno (numero atómico 7, dos electrones en su primer nivel. Y 5 electrones en su nivel más externo)

    Aparentemente al enfocar este laser X, dentro de ciertos parámetros, a los dos electrones el primer nivel. Adquieren suficiente energía para saltar varios niveles y ser electrones libres. Dejando momentáneamente un hueco entre el núcleo y nos niveles de energía. Y al tener un mejor control en el enfoque de los rayos pueden dejar al átomo sin electrones de adentro hacia afuera. Aparentemente lo han realizado con átomos de nitrógeno y neón.

    Repito un fenómeno muy extraño. Por el principio de exclusión de pauli los átomos pierden sus electrones más exteriores primero.

    Antes de pedir el premio nobel de física por descubrir un nuevo efecto de túnel, habría q confirmar este fenomeo existe en la naturaleza.
     
    Última edición: 16 Feb 2011
  7. TESLA

    TESLA Suspendido

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    y cual seria la aplicacion de esto??

    los elementos no se clasifican por el numero de electrones sino por su numero atomico, ademas existen muchas cosas distintas entre elementos no solo el numero de electrones.
     
  8. Exeptico

    Exeptico Miembro de oro

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    correcto el numero atomico. no cambia. pero las propiedades quimicas la determinan los electrones de la ultima capa.
     
  9. James55

    James55 Miembro maestro

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    Algunos de estos científicos también están trabajando en el ITER. Ya veo cual es su posible aplicación.
    Posiblemente esto se desprende de la experiencia en el manejo de partículas en el ITER el cual lamentablemente aun no tiene una fecha real de entrega. No es fácil vencer la interacción nuclear fuerte de una manera diferente a la naturaleza…tendrían que buscar un truco similar a este pero con los núcleos.
    Supongo que están experimentando con diferentes tipos de onda e intensidad y la novedad son los efectos de estos láseres sobre los átomos.

    Saludos

    James55
     
  10. Jaimecas

    Jaimecas Miembro maestro

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    lo que ghost describe y sobre lo que tu tratas con un aire burlon, se llama "transmutacion" y es perfectamente posible, es mas en la naturaleza los atomos se fusionan dando como resultado otros elementos. pasa en el nucleo de las estrellas, donde a partir del hidrogeno puede darse como resultado hierro, oxigeno y otros elementos mas pesados.

    teoricamente lo que tu mencionans no es desabellado.
     
  11. Xilfe

    Xilfe Miembro de oro

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    No malinterpretes, no me estaba burlando de lo que puso el amigo ghost, solo recorde la utilidad que le querían dar al agua regia y del resultado que se obtuvo, aprecio sus respuestas.
     
    Última edición: 17 Feb 2011