Revelan el primer "film atómico" que muestra cómo ocurre el daño por radiación

Investigadores del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck lograron visualizar átomos en movimiento justo antes de que ocurra un proceso de descomposición impulsado por radiación. Este innovador "film atómico" reveló una escena sorprendentemente dinámica, donde los átomos no permanecen fijos, sino que se desplazan y reorganizan, influyendo directamente en cómo y cuándo se produce la descomposición. Este descubrimiento destaca la importancia de la estructura y el movimiento en los mecanismos de daño por radiación.

El estudio se centró en el proceso conocido como descomposición mediada por transferencia de electrones (ETMD), un mecanismo que puede provocar que átomos débilmente unidos se separen. Este proceso es crucial, ya que genera partículas altamente reactivas en el agua, lo que lo convierte en un factor clave para entender cómo la radiación daña los sistemas biológicos.

Los científicos utilizaron un microscopio de reacción especializado y simulaciones teóricas avanzadas para rastrear este proceso en detalle. Esto les permitió observar cómo se desarrolla la descomposición en un sistema modelo cuidadosamente controlado.

Durante la investigación, el equipo creó un "film" en tiempo real de los átomos moviéndose entre sí durante hasta un picosegundo antes de que el sistema finalmente se desintegre. Este hallazgo reveló un proceso dinámico y en constante cambio, en lugar de un evento simple y estático.

La investigación mostró que el daño por radiación se desarrolla a nivel atómico y que comprender este proceso más profundamente podría mejorar los modelos sobre los efectos de la radiación en entornos biológicos, además de guiar futuras estrategias de protección.

Los investigadores observaron cómo un átomo de neón se unía débilmente a dos átomos de criptón (sistema NeKr2). Después de eliminar un electrón del átomo de neón con rayos X suaves, siguieron cómo evolucionó el sistema durante un picosegundo antes de que ocurriera la descomposición. Durante este tiempo, un electrón se transfirió entre átomos y se emitió un electrón de baja energía.

Utilizando un avanzado microscopio de reacción COLTRIMS en las instalaciones de sincrotrón BESSY II (Berlín) y PETRA III (Hamburgo), los investigadores reconstruyeron la disposición exacta de los átomos en el momento en que ocurrió la descomposición. Estas mediciones se combinaron con simulaciones ab initio detalladas que rastrearon miles de posibles trayectorias atómicas y calcularon la probabilidad de descomposición en cada una de ellas.

Los resultados revelaron que los átomos no permanecieron fijos, sino que se movieron en un patrón de desplazamiento, cambiando constantemente sus posiciones y reconfigurando la estructura del sistema. Este movimiento afectó fuertemente tanto el tiempo como el resultado de la descomposición. Según Florian Trinter, uno de los autores principales, "podemos observar cómo se mueven los átomos antes de que ocurra la descomposición; no es solo un proceso electrónico, está guiado de manera directa e intuitiva por el movimiento nuclear".

El estudio también demostró que la ETMD no se produce desde una única estructura estable. Diferentes configuraciones dominan en distintos momentos, lo que afecta la tasa de descomposición según la geometría del sistema. Al entender cómo la ETMD depende de la disposición y el movimiento atómico, los investigadores pueden modelar de manera más precisa el daño por radiación en entornos biológicos y líquidos.

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