Trabajos mas relevantes

Entre los trabajos más relevantes realizados en el área de la teoría de colisiones atómicas, pueden mencionarse los siguientes:

RESONANCIA DE ENERGÍA CERO EN COLISIONES DE IONIZACIÓN

El estado final de toda colisión de ionización involucra la interacción simultánea de un sistema de varias partículas, dando lugar a la aparición de importantes distorsiones en la distribución en ángulo y energía de los electrones emitidos. Un ejemplo característico de tales distorsiones ocurre en procesos de ionización directa, cuando la velocidad del electrón emitido es cercana a la velocidad del proyectil. Este efecto se manifiesta principalmente en la aparición de una cúspide que se conoce como pico de electrones capturados al continuo (ECC). A principios de 1989, un experimento realizado en Debrecen, Hungría, por el grupo del Prof. L. Sarkadi y colaboradores [1] mostró que -en contra de la intuición general- el proceso de ECC podía ocurrir no sólo cuando en el estado final el proyectil se encontraba cargado positivamente, como se creía hasta ese momento, sino también si se encontraba en un estado final neutro y que, en ese caso, además, el pico era mucho más pronunciado. Al poco tiempo de haberse publicado ese trabajo experimental, realicé un modelo teórico [2], que permitía explicar los resultados obtenidos por Sarkadi y colaboradores. En el mostraba que la formación de cúspides suele estar relacionada con la presencia de estados ligados virtuales. En particular, en ciertos sistemas puede producirse un mecanismo de resonancia de energía cero. Esta propuesta fue recibida con escepticismo (por ejemplo, el artículo fue inicialmente rechazado por Physical Review Letters por considerar los referees que la teoría, sin ser incorrecta, era demasiado atrevida [bold]). Sin embargo, en mi artículo proponía un experimento crucial que, de realizarse, permitiría aceptar o rechazar el modelo planteado. Finalmente, en 1997 los grupos de K. O. Groeneveld en Frankfurt y de L. Sarkadi en Debrecen lograron confirmar experimentalmente dicha predicción teórica [3]. Ellos encontraronque el pico de ECC producido por Helio neutro tenía distintas características dependiendo de que se encontrase en el estado fundamental o en los estados metaestables 21S o 23S. Ese mismo año, al presentar las conclusiones de un workshop sobrecolisiones ion-atomo, R. Schuch de Estocolmo destacó que: «the resolution of one of the great puzzles in atomic collisions was given by R. Barrachina (Bariloche): The explanation of the electron capture to continuum (ECC) cusp observed before by the Debrecen group (L. Sarkadi et al.) for fast He atoms» [4]. Se confirmaba así la predicción realizada siete años antes, de que se trataba de una primera evidencia sobre un efecto de resonancia de energía cero producido por un estado virtual atómico [5-7].

EFECTO GLORIA EN PROCESOS DE AUTOIONIZACIÓN

En un trabajo realizado junto con el Prof. J. Macek [8], desarrollamos una teoría de onda distorsionada para describir el proceso de autoionización de átomos por impacto de iones. Este modelo predecía una fuerte dependencia angular de las líneas de emisión que fue medida por J. Swenson y colaboradores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (USA) [9]. Resultados experimentales posteriores obtenidos por distintos grupos de USA, Hungría y Francia dieron una amplia verificación de las predicciones de nuestro modelo, en particular en referencia a la aparición de oscilaciones de la intensidad a ángulos distintos de cero. Posteriormente pudimos mostrar que estos y otros resultados podían entenderse como análogos atómicos de conocidos efectos ópticos como, por ejemplo, gloria, arco iris, banda oscura de Alejandro, arco iris supernumerario, etc. [10-11]

MECANISMO DE DISPERSIÓN MÚLTIPLE EN COLISIONES ATÓMICAS DE IONIZACIÓN

En un trabajo [12] realizado en colaboración con el Dr. Suárez y el Prof. Meckbach, presentamos evidencias experimentales y teóricas de procesos de doble colisión en la ionización de átomos de hidrógeno por colisión con blancos de Helio. Básicamente se observó un máximo en la distribución de electrones emitidos con una velocidad aproximadamente tres veces mayor que la del proyectil y en su misma dirección de movimiento, que interpretamos como debido a un mecanismo de ionización donde el electrón ha sufrido dos colisiones binarias consecutivas con el núcleo del blanco en primer lugar y luego con el núcleo del proyectil [13]. Este resultado constituyó una de las primeras evidencias teórico-experimentales de un efecto que posteriormente fue denominado Fermi-shuttle electrons. Años después de nuestra publicación, esta línea de investigación fue continuada por B.Sulik, N. Stolterfoht y colaboradores [14,15]

EXPERIMENTO DE YOUNG CON ELECTRONES INDIVIDUALES

La famosa demostración de Young de interferencia de la luz por dos ranuras, pero aplicada a electrones individuales, es considerada como uno de los más hermosos experimentos de la Física [16]. Sin embargo, se trata de un experimento «pensado», que fue propuesto por R. Feynman a comienzos de la década de 1960, pero que nunca había sido llevado a la práctica. De hecho, el mismo Feynman advertía que nadie debería intentar montar este experimento, ya que «el aparato debería construirse a una escala imposiblemente pequeña» [17]. A pesar de ello, junto con Matjaz Zitnik del Instituto Josef Stefan de Ljubljana, Eslovenia, logramos demostrar la viabilidad de tal «experimento a escala atómica», al estudiar un proceso de autoionización de átomos inducido por el impacto de moléculas [18]. Utilizando una generalización de la teoría de interacción en el estado final, observamos una estructura oscilatoria en la distribución angular del electrón emitido, que pudimos atribuir a un efecto de interferencia de Young debido a la dispersión del electrón con la molécula. En 2007, el grupo de F. Fremont y J.-Y. Chesnel en el CIMAP de Caen, Francia, realizó una confirmación experimental de nuestra predicción teórica [19].

REACCIONES POSITRÓNICAS

A fines de la década de 1990, y motivados por el contacto con el grupo experimental de Gaetana Laricchia en el University College de Londres, comenzamos a analizar teóricamente procesos de colisión por impacto de positrones, al mismo tiempo que intentábamos predecir nuevos efectos y explicar los resultados experimentales que fuesen obtenidos por dicho grupo. Para ello utilizamos una teoría cuántica de onda distorsionada del continuo [20] y un modelo clásico de Monte-Carlo [21]. Los primeros cálculos realizados en esta línea de investigación nos llevaron a identificar un novedoso efecto de orientación dinámica del estado del continuo electrón-positrón en colisiones de ionización [22]. Un subproducto de este descubrimiento fue que nos permitió dar una explicación plenamente satisfactoria [23,24] a un efecto de corrimiento del pico en el umbral de formación de positronio observado por el grupo de Laricchia y que había sido objeto de muchas especulaciones durante más de una década.

VÓRTICES CUÁNTICOS

Un análisis detallado de la matriz de transición para una colisión de ionización por positrones en una geometría colineal (donde el electrón emitido y el proyectil se mueven a lo largo de la misma dirección en el estado final) nos permitió identificar la presencia de una serie de ceros aislados que, en base a la formulación de Bohm de la Mecánica Cuántica, pudimos identificar como vórtices cuánticos [25,26]. En un principio demostramos que estos vórtices aparecían como pares de circulación opuesta. Sin embargo, advertimos que como los mismos son subvariedades de codimensión 2, limitando su estudio a una geometría colineal, sólo estábamos dando un pequeño vistazo a una estructura mucho más compleja. Por lo tanto, realizamos un estudio fuera de dicha geometría, demostrando que en realidad esos vórtices puntuales correspondían a un corte plano de una línea de vorticidad [27].

COHERENCIA Y CONTEXTUALIDAD EN COLISIONES ATÓMICAS

La teoría usual de colisiones supone que los resultados de una colisión son totalmente independientes del contexto experimental de la producción del haz de proyectiles. Sin embargo, resultados experimentales recientes habían puesto en duda los supuestos de esta teoría, demostrando que la preparación del haz de proyectiles podía afectar a la sección eficaz de colisión, «no por que se trate de una imperfección del experimento, sino debido a aspectos fundamentales de la mecánica cuántica» [28]. Por nuestra parte desarrollamos una teoría que permite explicar este fenómeno, demostrando que la contextualidad del proceso de colisión depende del grado de coherencia del haz de proyectiles [29,30]. En particular, demostramos una versión cuántica del teorema de van Cittert-Zernike de la Óptica Física, mediante el cual en un haz inicialmente incoherente emerge una región de coherencia espacial [31]. Recientemente, en comunicaciones a congresos y trabajos publicados en colaboración, tanto con el grupo el Dr.Schulz de Missouri – Rolla, USA [32] como con el Dr. Schöffler del Institut für Kernphysik, Frankfurt, Alemania [33], se logró demostrar una muy buena coincidencia entre teoría y experimento, obteniéndose así un fuerte respaldo para nuestro modelo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS

  1. L. Sarkadi et al. Physical Review Letters 62, 527 (1989).
  2. R. O. Barrachina, Journal of Physics B 23, 2321 (1990).
  3. A. Báder, L. Sarkadi, L. Víkor, M. Kuzel, P. A. Závodszky, T. Jalowy, K. O. Groeneveld, P. A. Macri and R. O. Barrachina, Physical Review A 55, 14 (1997).
  4. R. Schuch: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 124, 443 (997).
  5. P. Macri and R. O. Barrachina, Journal of Physics B 31, 1303 (1998).
  6. P. Macri and R. O. Barrachina, Physical Review A 65, 062718 (2002).
  7. R. O. Barrachina, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 124, 198 (1997).
  8. R. O. Barrachina and J. H. Macek, Journal of Physics B 22, 2151 (1989).
  9. J K Swenson et al., Physical Review Letters 63, 35 (1989).
  10. I. Samengo and R. O. Barrachina, Journal of Physics B 29, 4179 (1996).
  11. R. O. Barrachina, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 132, 288 (1997).
  12. S. Suárez, R. O. Barrachina and W. Meckbach, Physical Review Letters 15, 474 (1996).
  13. S. Suárez, R. O. Barrachina, A. González and W. Meckbach, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 124,358 (1997).
  14. B. Sulik, C. Koncz, K. Tokesi, et al. Physical Review Letters 88, 073201 (2002)
  15. K. Tokesi, B. Sulik, N. Stolterfoht, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 233, 187 (2005).
  16. R. P. Crease, Physics World, September, 19 (2002).
  17. R. P. Feynman, R. B. Leighton and M. Sands, The Feynman Lecture on Physics vol 3 (Addison-Wesley, 1963).
  18. R O Barrachina and M Zitnik, Journal of Physics B 37, 3847 (2004).
  19. J-Y. Chesnel, A. Hajaji, R. O. Barrachina and F. Frémont, Physical Review Letters 98, 100403 (2007).
  20. J. Fiol, V. D. Rodríguez, and R. O. Barrachina, Journal of Physics B 34, 933 (2001).
  21. J Fiol, C Courbin, R O Barrachina and V. D. Rodríguez, Journal of Physics B 33, 5343 (2000).
  22. J. Fiol and R. O. Barrachina, Journal of Physics B 44, 5205 (2011).
  23. J. Fiol and R. O. Barrachina, Journal of Physics B 42, 231004 (2009).
  24. R. O. Barrachina and J. Fiol, Journal of Physics B 45, 065202 (2012).
  25. F. Navarrete, R. Della Picca, J. Fiol and R. O. Barrachina, Journal of Physics B 46, 115203 (2013).
  26. F. Navarrete and R. O. Barrachina, Journal of Physics B 48, 055201 (2015).
  27. F. Navarrete and R. O. Barrachina: SPECIAL REPORT: Vortex rings in the ionization of atoms by positron impact, Journal ofPhysics: Conference Series 875, 012022 (2017)
  28. K. N. Egodapitiya et al., Physical Review Letters 106, 153202 (2011).
  29. L. Sarkadi, I. Fabre, F. Navarrete and R. O. Barrachina, Physical Review A 93, 032702 (2016).
  30. F. Navarrete, M. F. Ciappina, L. Sarkadi and R. O. Barrachina, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 408,165 (2017).
  31. I. Fabre, F. Navarrete, L. Sarkadi and R. O. Barrachina, European Journal of Physics 39, 015401 (2017).
  32. B. R. Lamichhane, T. Arthanayaka, J. Remolina, A. Hasan, M. F. Ciappina, F. Navarrete, R. O. Barrachina, R. A. Lomsadze and M. Schulz, Physical Review Letters 119, 083402 (2017).
  33. J. Gatzke, et al: Single ionization of Helium at 0.5 – 2 MeV proton impact: On the quest for projectile coherence effects. Journal of Physics: Conference Series 875, 092006 (2017).