В мире, где время течет с невероятной скоростью, физики совершили прорыв, заглянув в самую суть быстрых процессов на атомном уровне. Используя мощнейшие рентгеновские лазеры, им удалось запечатлеть крошечные временные задержки в активности электронов внутри молекул при воздействии рентгеновского излучения – события, измеряемые в аттосекундах, где одна секунда равна триллиону долей секунды!
Аттосекундный мир: тайна скрытых задержек
Эти открытия, опубликованные в авторитетном журнале Nature, открывают новую эру понимания молекулярной динамики. Международная команда ученых, возглавляемая профессором Лу Димауро из Университета штата Огайо и Джеймсом Крайаном из Национальной ускорительной лаборатории SLAC, впервые смогла зафиксировать неожиданно большие задержки – до 700 аттосекунд – в поведении электронов при их испускании рентгеновскими лучами.
Представьте себе: мы говорим о временных промежутках, столь малых, что свет преодолевает расстояние, равное диаметру атома за это время! Эти задержки, ранее не наблюдавшиеся, свидетельствуют о сложных взаимодействиях между электронами и частицами, называемыми электронами Оже-Мейтнера, возникающими в момент рентгеновского воздействия.
Рентген как “фотограф” атома
- Ключевой инструмент: Linac Coherent Light Source (LCLS) – мощнейший лазер на свободных электронах в Стэнфорде, позволил генерировать невероятно короткие рентгеновские импульсы, подобные мгновенным “фотокадрам” атома.
- Объект исследования: Молекула оксида азота стала моделью для изучения. Ученые сосредоточились на электронах, обитающих вблизи кислородного ядра атома.
- Открытие: Замечено неожиданно длительное замедление (до 700 аттосекунд) движения этих электронов после рентгеновского “фотографирования”.
По словам профессора Александры Ландсман из штата Огайо, эти результаты бросают вызов прежним представлениям о простоте этой динамики. “Мы обнаружили, что поведение глубоко связанных электронов куда сложнее, чем предполагалось ранее. Нам нужны новые теоретические модели, чтобы полностью раскрыть механизмы взаимодействия света и материи на таком микроскопическом уровне”, – подчеркивает она.
От фундаментальных открытий к практическим применениям
Эти аттосекундные исследования не просто расширяют наши познания о физике. Они открывают двери к революционным технологиям:
- Раннее выявление рака: Понимание поведения молекул в организме может привести к разработке более точных методов диагностики рака, например, по выявлению специфических “молекулярных маркеров” злокачественных опухолей.
- Глубинное изучение материи: Аттосекундные импульсы рентгеновского света могут стать мощным инструментом для визуализации и исследования материи на самых фундаментальных уровнях, раскрывая тайны Вселенной с невероятной точностью.
Профессор Димауро выражает оптимизм: “Мы стоим на пороге новой эры в науке. Аттосекундные исследования – это ключ к пониманию не только физики, но и химии, биологии, а возможно, даже к решению глобальных вызовов человечества”.
