Tre femtosecondi per osservare una molecola mentre cambia
Il nuovo apparato sviluppato dal Politecnico di Milano raggiunge una risoluzione temporale record e rivela passaggi finora inaccessibili delle reazioni fotochimiche
Milano, 15 ottobre 2026 – Osservare una molecola nei primissimi istanti dopo che ha assorbito luce e seguire il movimento coordinato di elettroni e nuclei con una risoluzione temporale di appena tre femtosecondi. È il risultato ottenuto da un gruppo internazionale di ricerca guidato dal Politecnico di Milano, che ha sviluppato un nuovo apparato per lo studio dei processi fotochimici ultrarapidi.
La piattaforma sperimentale raggiunge una risoluzione temporale di circa 3 femtosecondi – un femtosecondo è un milionesimo di miliardesimo di secondo – collocandosi ai vertici mondiali della spettroscopia di fotoelettroni risolta nel tempo.
Il risultato, pubblicato su Nature Communications, nasce nell’ambito del progetto europeo ERC Synergy TOMATTO.
Per dimostrare le capacità del nuovo metodo, i ricercatori hanno studiato l’acetilacetone, una molecola utilizzata come modello per comprendere come la luce possa innescare trasformazioni ultrarapide. Grazie alla precisione raggiunta, è stato possibile distinguere due passaggi successivi attraverso un’intersezione conica, uno snodo fondamentale in cui la molecola cambia stato elettronico e viene indirizzata verso un determinato percorso di trasformazione. Si tratta di fenomeni che gli strumenti precedentemente disponibili non riuscivano a separare nel tempo.
«Con questo apparato possiamo seguire una molecola nei primissimi istanti dopo l’assorbimento della luce, con un livello di dettaglio che prima non era accessibile. È come aumentare enormemente il numero di fotogrammi di un film: una trasformazione apparentemente unica rivela finalmente tutti i suoi passaggi intermedi», afferma Mauro Nisoli, docente del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e coordinatore del progetto ERC Synergy TOMATTO.
Il nuovo apparato utilizza due impulsi luminosi estremamente brevi e sincronizzati con elevatissima precisione. Il primo impulso, nell’ultravioletto, viene assorbito dalla molecola e ne avvia l’evoluzione. Il secondo, nell’estremo ultravioletto e della durata di pochi attosecondi, raggiunge la molecola dopo un intervallo controllabile e permette di ricostruirne lo stato in quel preciso momento.
Ripetendo la misurazione a intervalli successivi, i ricercatori possono seguire la redistribuzione dell’energia e il movimento congiunto degli elettroni e dei nuclei. Nel caso dell’acetilacetone, l’esperimento ha consentito di ricostruire con un dettaglio senza precedenti i primi passaggi della trasformazione avviata dalla luce.
«Quello che osserviamo è il momento in cui la luce mette in moto la molecola e ne riorganizza l’energia interna», spiega Maurizio Reduzzi, professore associato del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano. «Riuscire a seguire direttamente questi passaggi significa avvicinarsi al cuore dei processi fotochimici, là dove una trasformazione prende davvero forma».
La possibilità di modificare la lunghezza d’onda dell’impulso ultravioletto rende l’apparato utilizzabile per studiare molecole e stati elettronici differenti. Il metodo potrà quindi essere applicato a sistemi più complessi, dalle molecole di interesse biologico ai materiali fotoattivi e ai processi legati alla conversione dell’energia.
La piattaforma apre inoltre nuove prospettive per l’attochimica, il settore di ricerca che studia la possibilità di osservare e, in futuro, controllare le trasformazioni chimiche intervenendo sul moto degli elettroni prima che inizi il movimento più lento degli atomi.
Lo studio è stato realizzato da ricercatori del Politecnico di Milano, dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR, della Heriot-Watt University di Edimburgo e dell’Università di Bologna, con il sostegno dello European Research Council attraverso il progetto ERC Synergy TOMATTO
