Впервые в мире ученым удалось наблюдать в реальном времени перемещение электрона, находящегося во внешней электронной оболочке атома вещества. Такие наблюдения и связанные с ними измерения позволят ученым глубже понять, что же именно происходит во время химических процессов, которые, как известно, являются двигателем всех других процессов, происходящих в нашем мире. Используя ультракороткие вспышки лазерного света в качестве меток отсчета времени, ученые из Института квантовой оптики Макса Планка в Германии и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, Калифорния, смогли точно измерить перемещения и изменения квантового состояния валентных электронов.

Из школьного курса химии практически всем известен тот факт, что химические реакции происходят только благодаря перемещениям валентных электронов, т.е. электронов, находящихся на самом верхнем электронном слое атома. Если станет возможным наблюдение за поведением таких электронов, ученые смогут изучить их свойства и определить, каким именно образом они объединяются с атомами других веществ, образуя, таким образом, химические соединения. Из-за высокой скорости движения электронов такие наблюдения были невозможны до последнего времени.

Ученые использовали лазеры, длительность импульсов которых колеблется в рамках порядка 100 аттосекунд (одна аттосекунда составляет 10 ^ -18 секунды). В качестве изучаемого вещества был выбран криптон, который был ионизирован, т.е. из его верхней оболочки был удален один из электронов.

На сайте новостей Лаборатории Лоуренса имеется более подробное описание проведенных экспериментов, но, если все это описывать более простыми словами, то можно сказать, что ученые провели ускоренную съемку движения валентного электрона, переходящего из одного квантового состояния в другое. Переходы из состояния в состояние вызывали колебания, которые имели длительность около шести фемтосекунд, используя более быстрые импульсы лазера, ученым удалось очень точно измерить движение одного электрона.

Проведенные исследования дали в руки ученых новый инструмент, с помощью которого они могут наблюдать за движением электронов. Наверное, нет необходимости особо подчеркивать важность этого, ведь такая технология может быть применена для решения любой проблемы из области физики, химии, материаловедения, биологии, биохимии - "практически ко всем областям науки, которые так или иначе связаны с проблемами строения вещества" - рассказал Стивен Леон (Stephen Leone), ученый отдела химических наук лаборатории Лоуренса. "Это позволит нам разгадать загадки относительно того, что же на самом деле происходит во время процессов в которых принимают участие атомы, молекулы и кристаллы веществ".

Результаты этих исследований были опубликованы в последнем издании журнала Nature. Как отмечают авторы материала, реализовать такие измерения стало возможным только в последнее время из-за необходимости измерять очень малые промежутки, порядка фемтосекунд, времени. Это стало возможным только благодаря скоростным лазерам.