Svelate le prime immagini della funzione d’onda della molecola d’idrogeno

Gli scienziati hanno immaginato la funzione d’onda di elettroni per decenni. Tuttavia, i numerosi tentativi non hanno dato alcun risultato, questo perché le interazioni tra più elettroni hanno ostacolato costantemente il processo.

Recentemente però un gruppo di chimici ha usato le correlazioni elettroniche (interazioni tra elettroni) a loro vantaggio, e sono riusciti a rappresentare direttamente il quadrato della funzione d’onda di una molecola di idrogeno.

“Semplicemente non c’era un approccio sperimentale per vedere direttamente la funzione delle onde”, afferma Reinhard Dörner, ricercatore presso la Goethe University di Francoforte, in Germania, e uno degli autori principali del documento. Dörner spiega che un po’ di fortuna ha fatto la sua parte in questa scoperta.

Il metodo utilizzato

Per immaginare la funzione d’onda di una molecola di idrogeno, la squadra ha utilizzato simultaneamente due metodi ben noti e ben compresi: l’emissione di fotoelettrone da un lato (ovvero l’emissione di elettroni da una superficie, solitamente metallica, quando questa viene colpita da una radiazione elettromagnetica ossia da fotoni aventi una certa lunghezza d’onda) e la distribuzione angolare dell’elettrone emesso (ovvero la distribuzione di probabilità della direzione in cui vola).

Il nuovo approccio sperimentale consente di visualizzare il quadrato della funzione d’onda di due elettroni correlata a H₂. Nella fase di emissione di fotone, uno degli elettroni è mappato su un rivelatore e simultaneamente lo stato quantico del secondo elettrone è determinato dal rilevamento coincidente dei frammenti.

L’analisi dei dati

“Dopo aver analizzato i dati di diversi esperimenti in condizioni diverse, siamo riusciti a immaginare il quadrato di tutte le componenti della funzione d’onda”, spiega Fernando Martín, ricercatore presso l’Universidad Autónoma di Madrid, Spagna, che ha guidato gli studi computazionali. “Abbiamo dovuto combinarli per ottenere il quadro completo.”

Anche i ricercatori computazionali hanno riscontrato una felice coincidenza. Martín dice che sono stati fortunati nel fare questa scoperta matematica, tuttavia, “ci sono voluti più di sette anni per raggiungere questo obiettivo”, conclude Martín.

Núria López, esperta di chimica teorica presso l’Istituto di ricerca chimica della Catalogna, in Spagna, afferma che “il lavoro traccia un solido percorso per migliorare la nostra comprensione di come funziona l’elettrone”. Crede anche che potrebbe aprire la strada per avare un’immagine diretta delle reazioni chimiche.

Questa scoperta potrebbe avere dunque ulteriori implicazioni. Le correlazioni elettroniche sono fondamentali per fenomeni come la superconduttività. Se potessimo “vedere” direttamente come si comportano gli elettroni in queste situazioni, probabilmente saremmo anche in grado di risolvere l’enigma principale dei superconduttori ad alta temperatura “, afferma Dörner.