Созданы новые "атточасы", способные измерить временные параметры движения электронов

14-05-2018, 08:04
 Созданы новые "атточасы", способные измерить временные параметры движения электронов


Все, что происходит на атомарном и молекулярном уровнях, происходит настолько быстро, что это невозможно ощутить никакими человеческими чувствами. К примеру, крошечному электрону, для того, чтобы переместиться от одного атома к другому во время химической реакции, требуется всего несколько сотен аттосекунд. А что такое аттосекунда? Возьмите секунду и разделите ее на миллиард частей, а потом одну часть разделите еще на миллиард меньших частей. Аттосекунда - это 1*10^-18 секунды.

Но, для того, чтобы понять то, что происходит в невидимой "вселенной" квантовых событий, люди нуждаются в возможности измерять промежутки времени в масштабах аттосекунды. И на такое способны новые "атточасы", созданные исследователями из лаборатории линейных ускорителей SLAC Стэнфордского университета. В качестве базы новых часов используется рентгеновский лазер, способный вырабатывать импульсы, длительностью в несколько десятков аттосекунд, который использовался ранее для съемки видео событий, происходящих на молекулярном уровне.

Однако съемка событий, имеющих отношение к квантовой физике, кардинально отличается от съемки событий из области классической физики и химии. Ранее у ученых отсутствовала возможность не только измерять, но и контролировать мощность импульсов рентгеновского излучения. А слишком мощные импульсы оказывали влияние на хрупкое квантовое состояние и поведение частиц, что делало невозможной правильную интерпретацию получаемых данных.

Принципы устройства атточасов были предложены швейцарскими физиками еще около десятилетия назад. Но только в настоящее время стала появляться возможность создания такого устройства, в основе которого лежит некоторое оборудование уже имеющееся в распоряжении специалистов лаборатории SLAC. Устройство имеет диаметр 0.6 метра и располагается внутри небольшой вакуумной камеры. В состав конструкции атточасов входит 16 цилиндрических датчиков, установленных подобно спицам в колесе.

"Сердцем" атточасов является атом или молекула, которая представляет собой и объект исследований одновременно. Этот объект помещается в центр круга, образованного датчиками, и на него начинают подаваться импульсы рентгеновского излучения. Атом(ы) ионизируется и теряет некоторые их электронов, которые под воздействием электрического поля света лазера направляются в сторону датчиков и улавливаются одним из них. "Поймав" свободный электрон, ученые могут высчитать точное значение энергии, заключенной в рентгеновском импульсе, и точный момент времени удара этим импульсом по исследуемому объекту.

Эксперименты, в которых были использованы атточасы, прошли более удачно, чем рассчитывали ученые. А шаги последующих модернизаций, которые будут проведены в ближайшие годы, сделают это устройство еще более точным.

"Уровень детализации, обеспечиваемый новым устройством, позволит взглянуть на известные процессы совершенно с новой точки зрения" - пишут исследователи, - "Молекулярные фильмы, которые будут сняты в ближайшем времени, прольют свет на особенности поведения определенных молекул и объяснят загадки, связанные с некоторыми явлениями, такими, как хиральность молекул".

Похожие материалы
Отзывы читателей