Investigadores de la Sociedad Max Planck registraron por primera vez el movimiento de átomos antes de una desintegración radiactiva. El estudio revela un mecanismo oculto que impulsa el daño celular a nivel atómico. Esta observación cambia la comprensión de cómo la radiación de alta energía afecta a la materia biológica.
El equipo se centró en un proceso específico llamado desintegración mediada por transferencia de electrones o ETMD. La radiación excita un átomo que luego estabiliza su estado extrayendo un electrón de un vecino cercano. Este proceso libera energía que ioniza a un tercer átomo en el sistema.
Para observar este fenómeno, los científicos utilizaron un sistema modelo compuesto por un átomo de neón unido a dos átomos de kriptón. Aplicaron rayos X suaves para expulsar un electrón y siguieron la evolución del sistema durante una picosegundo. Este tiempo es extremadamente largo en la escala de tiempo atómico.
Los investigadores reconstruyeron la disposición exacta de los átomos en el momento de la desintegración utilizando un microscopio de reacción COLTRIMS. Las mediciones se realizaron en las instalaciones del sincrotrón BESSY II en Berlín y PETRA III en Hamburgo. Estos datos se combinaron con simulaciones detalladas para rastrear miles de posibles trayectorias atómicas.
Los resultados mostraron que los átomos no permanecieron fijos en su lugar antes del evento. En cambio, se movieron en un patrón similar a un vagabundeo, cambiando constantemente sus posiciones y remodelando la estructura. Este movimiento afectó significativamente tanto el momento como el resultado de la desintegración.
Florian Trinter, uno de los autores principales, explicó que la desintegración no es solo un proceso electrónico. El físico señaló que el movimiento nuclear controla el proceso de manera directa e intuitiva. Los investigadores pueden observar literalmente cómo se mueven los átomos antes de que ocurra la desintegración.
Till Jahnke, autor senior del estudio, destacó que el movimiento nuclear no es una corrección menor. Explicó que el movimiento nuclear controla fundamentalmente la eficiencia de la desintegración electrónica no local. Los átomos exploran grandes regiones del espacio de configuración antes de que finalmente ocurra la desintegración.
El ETMD ha generado interés porque produce electrones de baja energía que pueden desencadenar daño químico en líquidos. Conocer cómo depende este proceso de la disposición atómica es esencial para modelar el daño en entornos biológicos. Los hallazgos apoyan el desarrollo de modelos teóricos aplicables a sistemas más complejos.
Este trabajo ofrece un punto de referencia preciso para el sistema más simple capaz de ETMD con tres átomos. Proporciona una base para extender estas ideas a líquidos, iones solvatados y sistemas biológicos. Los autores concluyen que la desintegración electrónica no local puede usarse como una sonda poderosa del movimiento molecular.
La investigación abre la puerta a la imagen de dinámicas ultrarrápidas en materia débilmente unida con un detalle sin precedentes. Estos avances podrían mejorar la interpretación de experimentos de rayos X ultrarrápidos en el futuro. El equipo del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck proporcionó los materiales para el estudio.
