Електроните най-сетне бяха хванати в крачка. От десетилетия учените знаят, че електроните тихомълком диктуват почти всичко, включително как протичат химичните реакции, как материалите провеждат електричество, как енергията се движи през биологичните молекули и как функционират квантовите технологии.

Проблемът никога не е бил в теорията. Проблемът е бил във времето.

Движението на електроните се развива в атосекундни времеви мащаби, което е твърде бързо, за да може да бъде уловено от конвенционалните инструменти. Тази бариера вече е преодоляна. Изследователите са генерирали 19,2-атосекунден импулс от меки рентгенови лъчи, като по този начин са създали най-бързата камера, която някога е била произвеждана, способна да улавя динамиката на електроните в реално време с безпрецедентна яснота.

Разработен от учени от ICFO, импулсът е най-краткият и най-ярък импулс от меки рентгенови лъчи, който някога е бил произвеждан.

С продължителност от само 19,2 атосекунди, тя отваря пряк прозорец към процеси, които никога преди не са били наблюдавани, позволявайки на изследователите да наблюдават движението на електроните, докато реакциите, фазовите преходи и енергийните трансфери действително се случват. Меката рентгенова светлина е уникално мощна, защото може да идентифицира конкретни атоми.

Атосекундата е изключително кратък отрязък от време, равняващ се на 0,000000000000000001 от секундата. С други думи, тази стойност представлява нула, последвана от десетична запетая, още седемнадесет нули и единица. Трудно е дори и да си представим колко кратка е атосекундата.

Тези ултракъси импулси позволяват на учените да проследят как електроните се прегрупират около отделни атомни места, разкривайки как материалите променят свойствата си или как молекулите се трансформират по време на реакциите.

Създаването на изолиран импулс не беше никак лесно. То изискваше значителни постижения в областта на генерирането на високи хармоници, сложна лазерна техника и нови методи за атосекундна метрология.

Заедно тези иновации изведоха измерването на импулсите отвъд предишните граници, като направиха възможно потвърждаването на продължителности, които преди това бяха само предположения.

Постижението не се случва бързо. Пътуването започна през 2015 г., когато екипът на проф. Йенс Биегерт за първи път успя да изолира атосекундни импулси в режима на меките рентгенови лъчи. Тези ранни пробиви вече демонстрираха своята сила, като разкриха как електроните взаимодействат с кристалните решетки в твърдите тела и как се отварят молекулярните пръстени – ранна стъпка в процеси като полимеризацията. По това време обаче точното измерване на продължителността на импулса остава предизвикателство. Съществуващите техники не разполагаха с необходимата прецизност, за да определят с точност колко кратки са всъщност светкавиците. Това ограничение се запази в продължение на почти десетилетие, а пробивът дойде с нов метод за възстановяване на импулса.

Потвърждението отбеляза нов рекорд, с което науката за атосекундите премина под така наречената атомна единица време: фундаментален праг в ултрабързата физика.

Снимка: Pexels/ICFO

Виж още: Без невронни импулси: плъхове играят Doom и дори могат да стрелят