Badania, które w 2023 roku zostały nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki, stały się podstawą do opracowania „atomikroskopu” zdolnego do „opóźniania” upływu czasu do jednej attosekundy. To wprowadza naukowców w skalę czasową życia elektronów, pozwalając im dosłownie zobaczyć ich ruch, o czym wcześniej można było tylko marzyć. Urządzenie stworzone na Uniwersytecie w Arizonie jako pierwsze dostarczyło takich szczegółów w świecie subatomowym.
W każdej sekundzie jest 1018 attosekund. To znacznie więcej niż sekundy, które upłynęły od Wielkiego Wybuchu. Dotarcie do tej skali czasowej oznacza zbliżenie się do precyzyjnych pomiarów na potrzeby nauk kwantowych i badań podstawowych. Wcześniej rekordem czasu „zamrożenia” była skala 43 attosekund. Naukowcy z USA stworzyli mikroskop, który zredukował ten czas do 1 attosekundy.
Prace naukowców opierały się na osiągnięciach fizyków, laureatek Nagrody Nobla, Anne L’Huillier, Ferenca Krausza i Pierre’a Agostiniego, „na rzecz eksperymentalnych metod generowania attosekundowych impulsów światła do badania dynamiki elektronów w materii”. Było to marzeniem wielu zespołów naukowych i tak naprawdę było tylko kwestią czasu. Wydaje się, że Amerykanie jako pierwsi stworzyli mikroskop „attosekundowy”, co nie wyklucza pojawienia się podobnych urządzeń w innych krajach.
Schemat blokowy „atomikroskopu”
Naukowcy opisali zasadę działania urządzenia w artykule w czasopiśmie Science Advances. Do instalacji dostarczany jest impuls lasera ultrafioletowego. Laser wybija ultraszybki impuls elektronowy z fotokatody. Drugim kanałem dostarczane są dwa inne impulsy laserowe, z których jeden jest spolaryzowany, a drugi służy jako pompa „ożywiająca” elektrony w próbce. Spolaryzowany impuls bramkuje szybki impuls elektronowy, co stanowi punkt odniesienia dla pomiarów, które są rejestrowane na wyjściu mikroskopu w postaci obrazu dyfrakcyjnego dynamiki elektronowej substancji.
Korzystając z tej techniki, zespół był w stanie wygenerować impulsy elektronów trwające zaledwie jedną attosekundę, co pozwoliło im zaobserwować ultraszybki ruch elektronów, który normalnie byłby niemożliwy do zaobserwowania. Naukowcy twierdzą, że to przełomowe odkrycie może mieć zastosowanie w fizyce kwantowej, chemii i biologii.