Более века назад Альберт Эйнштейн совершил прорыв, объяснив загадку фотоэлектрического эффекта – явления, где свет способен выбивать электроны из атомов. Его работа заложила фундамент квантовой механики и принесла ему Нобелевскую премию. Но даже спустя столетие тайны этого мгновенного процесса продолжают будоражить умы ученых.
Сегодня исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) совершили новый рывок, проникая в самую суть фотоэффекта с помощью невероятной технологии – аттосекундных рентгеновских импульсов. Представьте себе вспышку света, короче, чем миллиардная доля миллиардной доли секунды – именно такой инструмент позволил им заглянуть в динамику электронных взаимодействий во время фотоионизации с невероятной точностью.
Рентгеновский микроскоп времени
Вместо привычных нам лампочек, ученые использовали мощный источник рентгеновского света – LCLS (Linac Coherent Light Source). Этот уникальный когерентный лазер генерирует невероятно короткие импульсы рентгеновского излучения, способные запечатлеть электронные процессы в момент их возникновения.
- Ионизация: Рентгеновский импульс словно молния освещает атом или молекулу, передавая энергию и вызывая испускание электрона.
- Отслеживание пути: Второй лазерный импульс, подобно маяку, направляет извлеченные электроны в разные стороны в зависимости от времени их освобождения.
- Измерение задержки: Анализируя траектории электронов, ученые измеряют “задержку фотоэмиссии” – промежуток времени между поглощением света и вылетом электрона.
Сюрприз от атомов
Оказалось, что эта задержка, достигающая 700 аттосекунд, значительно превышает предсказанные теоретические модели. Это открытие бросает вызов существующим представлениям о скорости электронных процессов и указывает на важную роль взаимодействия между самими электронами в этой динамике.
“Мы словно заглянули внутрь атома во время фотоэффекта, – говорит ведущий автор исследования Таран Драйвер. – Эйнштейн дал нам ключи к пониманию этого явления, но теперь мы можем увидеть его работу в деталях, с невероятной точностью измерив эти микроскопические задержки.
Новое окно в мир атомов
Эта работа – лишь начало. Метод аттосекундной рентгеновской хронометрии открывает широкие горизонты для изучения электронных взаимодействий в самых разных молекулах, от простых до сложных биологических систем.
Представьте: теперь мы можем наблюдать за танцем электронов внутри белков, исследовать процессы фотосинтеза с невероятной детализацией, а также совершенствовать рентгеновскую визуализацию в медицине. Это как получить суперскоростную камеру для изучения мира на атомном уровне.
Благодаря LCLS и его уникальным возможностям, мы стоим на пороге революции в понимании фундаментальных процессов, лежащих в основе жизни и технологий.
