Что такое аттосекунда — крошечная частица времени, стоящая за невероятными исследованиями

Трое исследователей были удостоены Нобелевской премии по физике 2023 года за новаторскую работу по изучению электронов с помощью вспышек света длительностью в аттосекунду. Эти бесконечно короткие световые импульсы позволили ученым наблюдать быстрые движения электронов, особенно во время таких процессов, как разрыв химических связей.

Трое ученых были удостоены Нобелевской премии по физике 2023 года за свои исследования, которые дали новый взгляд на изучение электронов. Их работа заключалась в применении аттосекундных импульсов света для исследования молекул. Что представляет собой аттосекунда и какие удивительные детали она может раскрыть в мире материи?

Префикс "атто" в научной записи обозначает 10 в -18 степени. Иными словами, это десятичная дробь из 17 нулей. Таким образом, аттосекунда, или 0,0000000000000000001 секунды, представляет собой невероятно короткий интервал времени. На самом деле, в одной секунде содержится приблизительно столько же аттосекунд, сколько секунд в возрасте всей Вселенной.

Ранее ученые использовали фемтосекундные (10 в -15 степени) световые импульсы для изучения движения более массивных и медленных атомных ядер. Один тысячача аттосекунд помещается в одной фемтосекунде. Однако, чтобы проникнуть в мир электронных процессов, ученым требовались аттосекундные световые импульсы, поскольку электроны двигаются настолько быстро, что фемтосекунды не позволяли ученым исследовать их действия вдоль фемтосекундной временной шкалы.

Электроны в атомах и молекулах играют важную роль во многих физических и химических процессах. Однако их действия происходят на сверхбыстрых временных шкалах, что осложняет их изучение. Для следящих за электронами и их движениями исследователям требуются световые импульсы, которые короче, чем время, необходимое электронам для реакции.

Аттосекундные импульсы помогают в исследованиях методом спектроскопии с использованием "накачка-зонд", который часто используется в физике и химии. Этот метод позволяет исследователям наблюдать процессы в реальном времени и изучать, как электроны реагируют в молекулах.

Для лучшего понимания, представьте себе камеру, которая делает длительные выдержки около 1 секунды. Движущиеся объекты, такие как бегущий человек или летящая птица, будут размытыми на фотографиях и будет сложно разглядеть их движение. Теперь, представьте, что у вас есть камера с выдержкой 1 миллисекунду. Теперь движения, которые были ранее размытыми, становятся четкими и ясными на фотографиях. Именно так использование аттосекундных световых импульсов может пролить свет на движение электронов.

Какие исследовательские вопросы можно решить с помощью аттосекундных импульсов? Прежде всего, такие импульсы позволяют изучать разрыв химических связей, что является фундаментальным процессом в химии. Особенно интересно наблюдать, как общие электроны между двумя атомами разделяются на несвязанные атомы. Аттосекундные импульсы позволяют исследователям следить за этим процессом в реальном времени.

Технология аттосекундных импульсов, за которую была присуждена Нобелевская премия по физике 2023 года, стала возможной в начале 2000-х годов и продолжает активно развиваться. Она позволяет ученым получать более короткие "снимки" атомов и молекул, что, в свою очередь, помогает понять поведение электронов на молекулярном уровне. Эта технология применяется в различных областях, включая исследование электронов в воде и в ионизированных атомах, а также изучение переноса электронов в полупроводниках. Постоянное усовершенствование способности генерировать аттосекундные импульсы помогает ученым раскрывать все более глубокие аспекты мира элементарных частиц, составляющих вещество.

Читайте также

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

От високосной секунды хотят отказаться уже в 2027 году из-за угрозы компьютерных сбоев

От високосной секунды хотят отказаться уже в 2027 году из-за угрозы компьютерных сбоев

Неандерталец погиб 75 000 лет назад от удара копьем

Неандерталец погиб 75 000 лет назад от удара копьем

Зрачки человека расширяются в зависимости от его мыслей

Зрачки человека расширяются в зависимости от его мыслей

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

Фелисетт: единственная кошка, слетавшая в космос

Фелисетт: единственная кошка, слетавшая в космос

Японская MMX миссия вот-вот отправится к Марсу

Японская MMX миссия вот-вот отправится к Марсу