NeoFronteras

Límites del efecto fotoeléctrico

Área: Física — jueves, 30 de abril de 2009

El efecto fotoeléctrico sucede de manera no habitual para determinados elementos si se irradia con muy alta intensidad y pequeña longitud de onda.

Foto
(a) Efecto fotoeléctrico clásico. (b) Ionización simple de campo fuerte en la capa externa mediante radiación de baja frecuencia y alta intensidad. (c) Ionización múltiple de campo fuerte en las capas internas con radiación de alta frecuencia y alta intensidad.

La Mecánica Cuántica comenzó su andadura con el cuerpo negro de Planck y con la explicación del efecto fotoeléctrico por parte de Einstein en 1905, explicación por la que recibió más tarde el premio Nobel. El mecanismo es sencillo: un fotón portador de una energía proporcional a su frecuencia incide sobre un átomo, entonces esa energía es absorbida por uno de los electrones ópticos más externos y este deja de estar ligado al átomo y lo puede abandonar. La idea principal es que esa energía se absorbe por paquetes o cuantos de energía.
Ahora científicos del Physikalisch-Technische Bundesanstalt de Hamburgo han demostrado que si los fotones son de muy alta frecuencia (o muy corta longitud de onda) y la intensidad luminosa es muy alta las cosas suceden de manera distinta. Han utilizado un láser de electrones libres para producir un haz de rayos X de 13 nm de longitud de onda y varios petavatios de potencia por centímetro cuadrado para ver su efecto sobre átomos de Xenon. Parece ser que un paquete de ondas de estas características es capaz de extraer súbitamente un número elevado de electrones internos. El efecto depende fuertemente del material bombardeado y no sólo de las características del haz de radiación empleado como se creía hasta ahora. El descubrimiento tiene importancia para futuros experimentos de física de materiales y dispositivos de rayos X.
Los científicos se encontraron con este fenómeno un poco por casualidad. En realidad estaban buscando un método para la caracterización radiométrica de láseres de rayos X. Irradiaban varios gases con un láser de electrones libres (al parecer el más potente del mundo) para ver la intensidad del efecto de ionización. Pero durante los experimentos descubrieron efectos que afectaban a los fundamentos de la Física.
En lugar de producirse el efecto fotoeléctrico habitual se producía un efecto multifotón cuando se irradiaba con pulsos de rayos X muy intensos. Eran varios electrones internos, y no un único electrón óptico externo, los que se emitían simultáneamente del átomo en cuestión. Esto se dio en el Xenón y parece ser que el efecto depende mucho del elemento utilizado de blanco.
Este resultado afecta a la Física fundamental pero además se pretende utilizar este tipo de láseres para la creación de la próxima generación de chips electrónicos, por lo que este tipo de resultados pueden ser importantes para ésta y otras instalaciones en otros sitios del mundo.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.

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3 Comentarios

  1. lluís:

    Una vez más la casualidad. Como tantas veces ha sucedido en Física. Casi estoy por proponer que la “casualidad” se convierta en una constante más de la física. Lo curioso es que siendo el efecto fotoeléctrico tan utilizado en la vida cotidiana no se hubiera hecho antes este hallazgo.

  2. NeoFronteras:

    No es la primera vez que se descubre un fenómeno multifotón, pero descubrir este efecto en concreto hubiera sido muy difícil antes. Este láser de electrones libres es el más potente del mundo.
    Es de suponer que todavía no haya una explicación teórica al fenómeno.

  3. Adosgel:

    Tal vez sea el momento de plantearse la posibilidad como una opción alternativa el considerar la naturaleza electromagnética como interacción directa entre los átomos, sin fotón con identidad propia.
    De manera que con la suficiente intensidad y longitud de onda adecuada, es posible la interacción de los niveles de energía internos de la corteza electrónica de los átomos.
    Todo ello como una interacción exclusivamente cuántica; sin interpretación espaciotemporal del suceso como partícula independiente (fotón).

    Saludos.

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