Den utrolige hastighed for elektronemission fra et atom

I et unikt eksperiment, forskere har klokket, hvor lang tid det tager, før en elektron udsendes fra et atom. Resultatet er 0,000,000 000 000 000 000 02 sekunder, eller 20 milliarder af en milliarddel af et sekund. Forskernes stopur består af ekstremt korte laserpulser. Forhåbentlig, resultaterne vil bidrage til at give ny indsigt i nogle af de mest fundamentale processer i naturen.

Forskere fra Lund, Stockholm og Göteborg i Sverige har dokumenteret det utroligt korte øjeblik, hvor to elektroner i et neonatom udsendes.

"Når lys rammer atomet, elektronerne optager energien fra lyset. Et øjeblik senere er elektronerne frigjort fra atomets bindende kræfter. Dette fænomen, kaldet fotoionisering, er en af ​​de mest fundamentale processer i fysik og blev først teoretisk kortlagt af Albert Einstein, som fik Nobelprisen i fysik i 1921 for denne særlige opdagelse ", siger Marcus Isinger, doktorand i attofysik ved Lunds universitet i Sverige.

Fotoionisering handler om samspillet mellem lys og stof. Denne interaktion er grundlæggende for fotosyntese og liv på Jorden - og gør det muligt for forskere at studere atomer.

"Når atomer og molekyler undergår kemiske reaktioner, elektronerne er dem, der gør de tunge løft. De samler sig og bevæger sig for at tillade nye bindinger mellem molekyler at blive skabt eller ødelagt. At følge en sådan proces i realtid er lidt af en hellig gral inden for videnskaben. Vi er nu kommet et skridt nærmere ”, siger Marcus Isinger.

Selvom neon er et relativt simpelt atom med i alt ti elektroner, eksperimentet krævede både ekstremt omhyggelig timing, med et nøjagtighedsniveau inden for en milliarddel af en milliarddel af et sekund (kendt som et attosekund), og ekstremt følsom elektronregistrering, der kunne skelne mellem elektroner, hvis hastighed kun adskilte sig med omkring en tusindedel af en attojoule (en milliontedel af en elektrons stationære energi).

Fundet bekræfter flere års teoretisk arbejde og viser, at attofysik er klar til at påtage sig mere komplekse molekyler.

"At kunne observere, hvordan molekyler udveksler elektroner under en kemisk reaktion, åbner døren for helt nye typer undersøgelser af en række grundlæggende biologiske og kemiske processer."

Den nye måleteknik omgår den begrænsning, der er formuleret af faderen til kvantefysikken, Werner Heisenberg, i 1927. Ifølge "Heisenbergs usikkerhedsprincip", det er ikke muligt at bestemme en elektrons position og hastighed på samme tidspunkt. Imidlertid, nu, de svenske forskere har vist, at det kan, faktisk, gøres:gennem superposition (dvs. interferens) af to korte lyspulser med forskellige bølgelængder.