Nejrychlejší mikroskop na světě zmrazí čas na 1 kvintiliontinu sekundy

Subatomární svět je těžké si představit nejen proto, že je neuvěřitelně malý, ale také super rychlý. Fyzici z Arizonské univerzity nyní vyvinuli nejrychlejší elektronový mikroskop na světě, který dokáže zachytit události trvající pouhou jednu kvintiliontinu sekundy.

Dobrý fotoaparát s rychlostí závěrky měřenou v milisekundách by mohl být schopen pořídit jasnou fotku běžící osoby. Ale nejrychlejší „kamery“ na světě – transmisní elektronové mikroskopy – dokážou zachytit události v měřítku attosekund, jako jsou fotografie běžících elektronů. Attosekunda je jedna kvintiliontina sekundy, takže milisekunda (tisícina sekundy) vypadá jako věčnost.

Když to zvětšíme, za jednu sekundu je tolik attosekund jako sekund za 31,7 miliardy let – to je více než dvakrát tolik, než kolik existoval vesmír. Je tu jen pár opravdu nevyzpytatelných čísel.

Každopádně předchozí snahy zachytit události v tomto časovém horizontu to zkrátily až na 43 attosekund, což vědci v té době nazvali „nejkratší řízenou událostí, jakou kdy lidstvo vytvořilo“. A nyní se tým U A ještě zkrátil, mrazivý čas na pouhou jednu attosekundu.

Nová práce vycházela z výzkumu Pierra Agostiniho, Ference Krausze a Anne L’Huilliere, kteří generovali první světelné pulsy, které byly dostatečně krátké na to, aby je bylo možné měřit v attosekundách. To vyneslo týmu Nobelovu cenu za fyziku v roce 2023.

Pro novou studii vědci vyvinuli to, co nazývají „attomikroskop“. Nejprve je puls ultrafialového světla vystřelen do fotokatody, která uvolňuje ultrarychlé elektrony uvnitř attomikroskopu. Poté je laserový puls rozdělen do dvou paprsků, které jsou oba posílány do elektronů pohybujících se mikroskopem. Jeden z těchto paprsků je polarizovaný a dorazí v mírně odlišných časech a generují „hradlovaný“ elektronový pulz, který dokáže zobrazit vzorek – v tomto případě grafen.

Pomocí této techniky byl tým schopen generovat elektronové pulsy trvající jen jednu attosekundu, což jim umožnilo pozorovat ultrarychlý pohyb elektronů, který normálně není vidět. Vědci tvrdí, že tento průlom by mohl mít aplikace v kvantové fyzice, chemii a biologii.

„Zlepšení časového rozlišení uvnitř elektronových mikroskopů bylo dlouho očekáváno a je na něj zaměřeno mnoho výzkumných skupin, protože všichni chceme vidět pohyb elektronů,“ řekl Mohammed Hassan, autor studie. „Tyto pohyby se dějí během attosekund . Ale nyní, poprvé, jsme schopni dosáhnout attosekundového časového rozlišení pomocí našeho elektronového transmisního mikroskopu – a vytvořili jsme to „atomikroskopie“. Poprvé můžeme vidět kousky elektronu v pohybu.“

Výzkum byl publikován v časopise Vědecké pokroky.

Zdroj: University of Arizona