Az első fénykép egy atom belsejéről

Elkészült a "felizgatott" atomok pillanatfelvétele: egy ultragyors "fényképezőgéppel" a kutatók először követhették nyomon elektronok mozgását, mélyen az atomok belsejében.

Egészen mostanáig Ahmed Zewail eljárását nevezhettük a világ leggyorsabb "fényképészeti" módszerének. Az 1999-ben Nobel-díjat kapott kutató olyan kémiai reakciókat tanulmányozott, amelyek az ún. femtoszekundumos tartományba esnek (egy femtoszekundum 10^-15 másodperc - a ChemoNet egyik cikkének érzékletes hasonlata szerint akkora a másodperchez képest, mint a másodperc a 32 millió évhez képest). Zewail hasonló időtartományba eső rövid lézerimpulzusok segítségével folytatta vizsgálatait.

A fizikai kémiának azt a területét, amely a femtoszekundumos folyamatokat vizsgálja, femtokémiának nevezik. Zewail eredményei után a következő lépés nem lehetett más, mint hogy megpróbáljanak még gyorsabb "fényképezőgépet" készíteni, s olyan rövid életidejű folyamatokat figyeljenek meg, amelyek már nem egyes atomok között, hanem egy-egy atom belsejébe zajlanak le.

A Bécsi Műszaki Egyetem és a Bielefeld Egyetem (Németország) kutatói olyan eredményekről számolnak be a Nature legújabb számában (2002. október 24.), amelyek fényében az attokémia - pontosabban attofizika - megszületéséről beszélhetünk. Kísérleteik során ugyanis 10^-18 s időfelbontással követték nyomon, mi történik egy atom belsejében.

A kísérletek során a látható fénynél jóval rövidebb hullámhosszú röntgenimpulzusokkal bombáztak kripton-atomokat, amelyekből ennek hatására elektronok szakadtak ki. Az ezután közvetlenül, az attoszekundumos időtartományban érkező lézerimpulzussal sikerült nyomon követni azt a folyamatot, amelynek során más elektronok betöltötték az így megüresedett helyeket.

A kutatók nem közvetlenül detektálták, amint egy-egy elektron "beugrik" egy-egy megüresedett helyre. A "beugró" elektron a szomszédjának adott át energiát, s ennek hatására az is kiszakadt az atomból. A lézerimpulzus ezeket a másodszorra kidobódó elektronokat érzékelte.

A kísérlet nem sérti meg a Heisenberg-féle határozatlansági elvet, amely kimondja, hogy egyszerre nem mérhetjük meg egy részecske helyzetét és sebességét. A lézerimpulzus ugyanis nem fedte fel az elektronok helyét, csak a sebességükről nyújtott információt. Eszerint körülbelül 8 attoszekundumig tart, míg egy elektron betölti a társa távozásával megüresedett helyet, azaz a megsérült elektronhéj szerkezete visszaáll. Ez az érték összhangban van azzal, amit a fizikusok korábban megjósoltak.

Dr. Krausz Ferenc magyar kutató, a Nature cikkének vezető szerzője, a kutatások vezetője és kollégái szerint ez az úttörő jellegű kísérlet csupán egy nagy kísérletsorozat első lépése volt, amelynek végén direkt módon lehet majd tanulmányozni az elektronok mozgását az atomokban.

(Time-resolved atomic inner-shell spectroscopy: M. DRESCHER, M. HENTSCHEL, R. KIENBERGER, M. UIBERACKER, V. YAKOVLEV, A. SCRINZI, TH. WESTERWALBESLOH, U. KLEINEBERG, U. HEINZMANN & F. KRAUSZ; Nature 419, 803-807, 2002; doi:10.1038/nature01143.)