Najkrótsze błyski

Zwykle podczas tłumaczenia, dlaczego nie da się zobaczyć obiektów świata atomowego, słuchaczom przedstawiana jest zasada nieoznaczoności Heisenberga oraz porównywane są rozmiary niewielkich przedmiotów (włos, ziarno piasku), z długością fali światła, a następnie atomami i elektronami. I wszystko byłoby pięknie objaśnione, gdyby nie powstał film, na którym widać poruszający się elektron. Udostępnione niedawno nagranie pokazuje wspomnianą cząstkę w chwili uderzania w atom. Długość zapisu odpowiada przejściu pojedynczej fali światła. W kadrze widać rozkład energii elektronu. Dotychczas podejmowane próby wykonania takiego filmu dawały zbyt rozmyty obraz – ogromna prędkość "głównego bohatera" uniemożliwiała uzyskanie nieporuszonych zdjęć. Naukowcy ze szwedzkiego Lund University poszli zatem w ślady fotografów i użyli "lampy błyskowej". Za pomocą jednego lasera wyrwali elektron z orbity, aby wywołać filmowane zdarzenie. W roli flesza wykorzystali natomiast laser wytwarzający attosekundowe impulsy światła. Do niedawna fizycy i chemicy mogli o podobnym urządzeniu jedynie pomarzyć. Ponieważ dotychczas uzyskiwane impulsy attosekudowe były zbyt słabe, aby mogły dać wyraźny obraz, szczytem możliwości były eksperymenty z udziałem tysiąckrotnie wolniejszych laserów femtosekudowych (1 fs = 10-15 s, 1 as = 10-18 s, okrążenie jądra atomu przez elektron to około 150 as). Rozwiązaniem problemu okazało się wielokrotne oświetlanie tego samego momentu cyklicznie powtarzanej "sceny", niemal identycznie jak w zdjęciach stroboskopowych. Fizycy mają zamiar wykorzystać stworzoną przez siebie technikę w kolejnych eksperymentach. Uzyskane dzięki niej obrazy pozwolą potwierdzić teorie naukowe przez niemal bezpośrednią obserwację. Ponadto zdjęcia ukażą zachowanie reszty atomu w chwili pozbawiania go elektronu, np. sposobu wypełniania powstałej luki przez inne elektrony. Aby lepiej zrozumieć osiągnięcie Szwedów, warto powtórzyć za jednym z szefów zespołu badawczego, Johanem Mauritssonem: jedna attosekunda tak ma się tak do sekundy, jak sekunda do wieku Wszechświata.

elektron ruch attosekunda laser stroboskop