Investigadores españoles lideran hito científico usando el láser de rayos X más potente del mundo
Por primera vez en la historia de la ciencia, un equipo internacional de investigadores ha logrado observar en tiempo real y con resolución atómica cómo se desarrolla una reacción química, captando cómo una molécula redistribuye su energía tras absorber luz. Este hito científico, que permite diferenciar el papel individual de cada átomo en el proceso, fue liderado por el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España.
El avance, publicado en la prestigiosa revista Journal of the American Chemical Society, abre nuevas puertas para comprender fenómenos fundamentales como la fotoestabilidad del ADN o la eficiencia en materiales de captación de energía solar.
El experimento se llevó a cabo en las instalaciones del European XFEL en Hamburgo, Alemania, utilizando el láser de rayos X más potente del mundo. Los científicos emplearon destellos de rayos X ultracortos para demostrar que distintos átomos dentro de una misma molécula revelan aspectos completamente diferentes de la reacción química.
Este hallazgo proporciona evidencia clara de que la excitación por luz puede aumentar drásticamente la sensibilidad de un átomo al movimiento de sus átomos vecinos, permitiendo un seguimiento sin precedentes a escala atómica.
La danza atómica en picosegundos
Para lograr esta observación, el trabajo investigó la 3-fluoropiridina, una molécula pequeña con forma de anillo. Al absorber luz ultravioleta, la molécula se excita electrónicamente y se deforma rápidamente, perdiendo su forma plana original. En ese instante, atraviesa una «intersección cónica», un punto de cruce breve pero crucial donde los movimientos de los electrones y los núcleos atómicos se acoplan fuertemente. Tras este punto, la molécula vuelve a su estado fundamental y la energía electrónica se convierte en vibraciones.
Los investigadores descubrieron que esta conversión deja huellas distintivas en diferentes sitios atómicos: el átomo de flúor actúa como un marcador de la relajación vibracional, mientras que el de nitrógeno refleja una respuesta entrelazada de redistribución electrónica y movimiento estructural.
“Ahora podemos ver que no todos los sitios atómicos cuentan la misma historia”, señala Antonio Picón, investigador del ICMM-CSIC y uno de los líderes del estudio. «Algunos átomos indican hacia dónde va la carga, mientras que otros revelan cómo vibra toda la molécula», añade.
Para observar este proceso ultrarrápido, que ocurre en apenas unos picosegundos (billonésimas de segundo), utilizaron espectroscopia de fotoelectrones de rayos X resuelta en tiempo en el instrumento Small Quantum Systems (SQS) del European XFEL. El equipo tuvo que desarrollar simulaciones y modelos avanzados para interpretar los datos obtenidos.
Más allá de esta investigación, el nuevo método demuestra la capacidad de los pulsos de rayos X ultracortos para desentrañar los movimientos más rápidos en la materia. Este enfoque puede aplicarse de forma general para analizar cómo la luz desencadena cambios estructurales en sistemas cada vez más complejos, desde moléculas orgánicas funcionales hasta materiales energéticos.
«Para esto se construyó el European XFEL: para observar el cambio químico donde comienza, en sitios atómicos específicos y en su escala temporal natural», comenta Daniel Rivas, científico invitado en SQS y coautor del estudio, subrayando que están abriendo una nueva ventana a los mecanismos microscópicos de la fotoquímica. Datos de Europa Press.
