Koliko traje ‘atosekunda’ zbog koje je dodijeljena Nobelova nagrada? Zavrtjet će vam se od ove brojke

Znanstvenici Pierre Agostini, Ferenc Krausz i Anne L‘Hullier osvojili su Nobelovu nagradu za fiziku 2023. za rad koji je revolucionirao način na koji znanstvenici proučavaju elektron – osvjetljavajući molekule svjetlosnim bljeskovima trajanja koje se može mjeriti u atosekundama.

No koliko dugo traje attosekunda i što ti “beskrajno” kratki impulsi mogu reći istraživačima o prirodi tvari?

Prefiks “ato-” (od danskog “atten” što znači “osamnaest”) znanstvena je oznaka koja predstavlja trilijunti dio jedinice, tj. 10^-18 jedinice, što je decimalna točka praćena sa 17 nula i brojkom 1.

Dakle, bljesak svjetla trajanja 1 atosekunde, ili 0,000.000.000.000.000.001 sekunde, iznimno je kratak svjetlosni impuls.

Da to pobliže ilustriramo, u jednoj sekundi ima otprilike jednako mnogo atosekundi koliko ima sekundi u cijelom trajanju svemira koji je star oko 13,8 milijarda godina.

Elektroni su jako brzi

Dosada su znanstvenici mogli proučavati kretanje težih i sporijih jezgara atoma na razini jedne femtosekunde (10^-15) trajanja svjetlosnih impulsa.

Jedna femtosekunda odgovara tisuću atosekunda.

No istraživači nisu mogli vidjeti kretanje na razini elektrona dok nisu mogli stvarati atosekundne svjetlosne impulse. Elektroni se kreću prebrzo da bi znanstvenici mogli precizno pratiti što se događa na razini femtosekunde.

Elektroni se vrlo brzo kreću tijekom fizičkih i kemijskih procesa, što ih čini teškima za proučavanje. Kako bi istraživali te procese, znanstvenici koriste spektroskopiju, metodu proučavanja kako tvar apsorbira ili emitira svjetlost.

Enormno kratak bljesak

Da bi pratili elektrone u stvarnom vremenu, istraživačima je potreban bljesak svjetla koji je kraći od vremena potrebnog da se elektroni ponovno rasporede.

Umjetna inteligencija počinje tražiti izvanzemaljce: Pogledajte kakav su algoritam osmislili stručnjaci

“Kao analogiju, zamislite fotoaparat koji može snimati samo duge ekspozicije, od oko 1 sekunde. Pokretne stvari, poput osobe koja trči prema fotoaparatu ili ptice koja leti preko neba, izgledale bi mutno na slikama i bilo bi teško vidjeti što se točno događa.

Zatim zamislite da koristite fotoaparat s ekspozicijom od 1 milisekunde. Sada bi se pokreti koji su ranije bili zamućeni jasno i precizno prikazivali. Tako korištenje atosekundne skale, umjesto femtosekundne, može osvijetliti ponašanje elektrona”, objašnjava kemičar Aaron W. Harrison s Koledža u Austinu (Sherman, Teksas, SAD).

Kako atosekundni impulsi pomažu stručnjacima?

“Razbijanje kemijske veze temeljni je proces u prirodi u kojem elektroni koji su dijeljeni između dva atoma postaju nevezani atomi. Elektroni koji su ranije bili dijeljeni prolaze kroz ultrabrze promjene tijekom tog procesa, a atosekundni impulsi omogućili su istraživačima praćenje stvarnog vremena razbijanja kemijske veze”, dodaje američki kemičar.

Pružajući kraće snimke atoma i molekula, atosekundna spektroskopija pomogla je istraživačima razumjeti ponašanje elektrona u pojedinim molekulama, poput migracije elektronskog naboja i raskidanja kemijskih veza između atoma.

Bolje razumijevanje materije

Na većoj skali, atosekundna tehnologija također je primijenjena za proučavanje ponašanja elektrona u tekućoj vodi, kao i prijenosu elektrona u poluvodičima čvrstog stanja.

“Dok istraživači nastavljaju poboljšavati svoju sposobnost stvaranja atosekundnih svjetlosnih impulsa, dublje će razumjeti osnovne čestice koje čine materiju”, zaključuje Harrison.