Premiato osservatore di elettroni

Le reazioni chimiche sono onnipresenti, in ogni cellula di un organismo, nell'atmosfera, nell'acqua, nel suolo. Come formule strutturali o in stenografia chimica, le reazioni sembrano ancora semplici: Il substrato A reagisce con il substrato B e diventa il prodotto C. In realtà, si tratta di una rapida danza di particelle: Gli elettroni passano da un atomo all'altro nel giro di femtosecondi, cioè quadrilionesimi di secondo, e i legami chimici si rompono e si riformano. Per molto tempo non è stato chiaro cosa succeda esattamente durante questo processo.

Comprendere la complessa danza degli elettroni estremamente veloci e dei nuclei atomici relativamente lenti è l'obiettivo del chimico fisico Hans Jakob W?rner, professore presso il Laboratorio di chimica fisica dell'ETH di Zurigo. Ora gli è stato assegnato il premio scientifico Klung Wilhelmy per il suo lavoro pionieristico nell'utilizzo di nuovi metodi per osservare in tempo reale gli elettroni nelle reazioni chimiche. Il premio, che ha un valore di 75.000 euro, è uno dei premi più ricchi e finanziati privatamente per i giovani ricercatori tedeschi e viene assegnato ogni anno alternativamente a chimici e fisici.

Movimento di un "buco di elettroni"

La giuria ha premiato W?rner per il suo lavoro sul movimento degli elettroni nelle molecole su scala temporale sub-femto, cioè in periodi di attosecondi. A tal fine, W?rner e il suo gruppo di ricerca stanno sviluppando metodi di spettroscopia specializzati in cui, ad esempio, un elettrone viene strappato da una molecola utilizzando impulsi laser ultracorti. Se poi l'elettrone si ricollega alla particella originaria, emette un lampo di luce che i ricercatori analizzano con la spettroscopia. Da ciò possono trarre conclusioni sulla distribuzione della carica e sulla geometria della molecola nel momento in cui l'elettrone ritorna. Con questo metodo, W?rner e il suo gruppo sono riusciti a misurare per la prima volta il movimento degli elettroni nel guscio di valenza delle molecole, importante dal punto di vista chimico. In particolare, hanno potuto dimostrare come questo movimento di elettroni controlli le reazioni chimiche e come si muova un "buco di elettroni" dopo l'improvvisa rimozione di un elettrone da una molecola.

W?rner era già affascinato dalla chimica da bambino. "Volevo sapere come è strutturato l'universo", racconta il 33enne. Il desiderio di capire come avvengono le reazioni chimiche e come possono essere controllate lo ha portato a studiare chimica. Nel 2007 ha ricevuto un premio per la sua tesi di dottorato all'ETH di Zurigo, seguito da un ERC Starting Grant nel 2012, dal premio Ruzicka dell'ETH di Zurigo e dall'adesione alla Young Academy dell'Accademia delle Scienze e delle Lettere di Berlino-Brandeburgo e all'Accademia Nazionale Tedesca delle Scienze Leopoldina nel 2013.