Учени създадоха микроскоп за изучаване на електроните в естествената им среда

Изследването, за което през 2023 година е присъдена Нобелова награда за физика е в основата на разработването на „атомикроскоп“, способен да „забавя“ протичането на времето със стъпка от една атосекунда.

Така учените навлизат във времевата скала на живота на електроните – това им позволява буквално да видят тяхното движение, нещо, за което преди само са мечтали. Устройството, създадено в Университета на Аризона е първото, което предоставя такива подробности за субатомния свят.

Електроните се движат със скорост около 2200 километра в секунда. Това означава, че един електрон може да обиколи Земята за 18,4 секунди. Възможността да се наблюдава движението на такива бързи частици открива безпрецедентни възможности пред учените.

Проникването в тази времева скала (на атосекундите) означава доближаване до точни измервания за нуждите на квантовите науки и фундаменталните изследвания. Преди това рекордът за замразяване на времето беше 43 атсосекунди. Микроскопа, създаден от учените от САЩ го е намалил до 1 атсосекунда.

Работата на учените се основава на постиженията на физиците, носители на Нобелова награда Ан Л’Уилие, Ференц Крауш и Пиер Агостини „за експериментални методи за генериране на атосекундни светлинни импулси за изследване на динамиката на електроните в материята“. Това беше мечтата на много научни екипи и всъщност беше само въпрос на време. Изглежда, че американците първи са създали „атосекунден“ микроскоп, което не изключва появата на подобни устройства и в други страни.

Принципът на действие на устройството учените описват в статия в списание Science Advances. В устройството се подава ултравиолетов лазерен импулс. Лазерът изтръгва ултрабърз електронен импулс от фотокатода. Два други лазерни импулса се подават през втори канал, единият от които е поляризиран, а другият служи като помпа за „съживяване“ на електроните в пробата. Поляризираният импулс блокира импулса на бързите електрони и дава отправна точка за измерванията, които се записват на изхода на микроскопа като дифракционна картина на електронната динамика на веществото.

Използвайки тази техника, екипът е успял да генерира електронни импулси с продължителност само една атосекунда, което им е позволило да наблюдават свръхбързо движение на електроните, което обикновено не би било възможно да се види. Изследователите твърдят, че пробивът може да намери приложение в квантовата физика, химията и биологията.