Quando un elettrone riesce a fuggire da un atomo attraversando una barriera energetica impossibile da superare, sta in realtà approfittando di un fenomeno affascinante della meccanica quantistica chiamato "tunneling". Ma vi siete mai chiesti quanto tempo necessita per compiere questa fuga che sembra quasi magica?

Per decenni, la risposta è rimasta avvolta in un alone di mistero, relegata a scale temporali infinitesimali, misurabili in attosecondi, ovvero miliardesimi di miliardesimo di secondo. Oggi, un team internazionale di scienziati ha fatto un balzo in avanti straordinario grazie a un dispositivo sperimentale all'avanguardia chiamato attoclock, in grado di risolvere con precisione i quesiti temporali.

Il concetto di attoclock è stato ideato nel 2008 dalla fisica svizzera Ursula Keller, la quale propose un metodo innovativo per studiare il tunneling utilizzando impulsi laser. Questi impulsi, dotati di un campo elettrico rotante, hanno il potere di spingere gli elettroni fuori da un atomo. L'angolo con cui un elettrone riesce a emergere fornisce indizi sul momento istantaneo della sua "fuga". Tuttavia, i risultati di questa configurazione erano spesso incerti, complicati dalle dinamiche non lineari del campo luminoso.

Il breakthrough presentato da Wen Li e il suo team alla Wayne State University consiste nell'uso di onde luminose perfettamente circolari, combinate con un parametro di fondamentale importanza chiamato fase della portante rispetto all’inviluppo (CEP). Sincronizzando precisamente il picco del campo elettrico con il momento esatto in cui l'elettrone viene espulso, gli scienziati hanno potuto finalmente registrare questo evento con una precisione senza precedenti.

Il risultato è sconvolgente: gli elettroni non sembrano aspettare affatto! Non appena il campo elettrico raggiunge la giusta intensità, l'elettrone attraversa la barriera quantistica in modo istantaneo, senza il minimo ritardo misurabile. In termini di attosecondi, il tunneling si rivela quindi un processo fulmineo.

Questa scoperta mette in discussione teorie consolidate che suggerivano che gli elettroni potessero prendere una breve "pausa" all'interno della barriera. I nuovi dati indicano invece che la forza con cui l'atomo trattiene l'elettrone è il fattore decisivo, piuttosto che il tempo del passaggio stesso. Questa intuizione segna una pietra miliare per la nostra comprensione dei fenomeni ultraveloci a livello atomico e molecolare.

Ma le possibilità dell'attoclock non finiscono qui! La sua incredibile precisione e stabilità lo rendono uno strumento fondamentale per applicazioni future nella spettroscopia in tempo reale. Ciò potrebbe consentire di osservare reazioni chimiche mentre avvengono, aprendo la strada alla progettazione di farmaci innovativi, nanotecnologie rivoluzionarie e nuovi materiali per il calcolo quantistico.

E non è tutto: il team è già al lavoro su un progetto ancora più ambizioso, il zeptoclock, capace di misurare intervalli di tempo estremamente brevi, nel campo dei zeptosecondi (miliardesimi di attosecondo). Questa innovazione potrebbe rivelare ritardi infinitesimali che al momento sfuggono persino ai migliori strumenti disponibili.