۱۷ دسامبر ۲۰۲۵، نیتیکا والتر -الکترونها تازه در این عمل گرفتار شدهاند.
دهههاست که دانشمندان میدانند الکترونها بیسروصدا تقریباً همه چیز را دیکته میکنند، از جمله چگونگی وقوع واکنشهای شیمیایی، چگونگی هدایت الکتریسیته توسط مواد، چگونگی انتقال انرژی از طریق مولکولهای زیستی و نحوه عملکرد فناوریهای کوانتومی.
مشکل هرگز تئوری نبوده است. زمان بوده است.
حرکت الکترون در مقیاسهای زمانی آتوثانیهای آشکار میشود، بسیار سریع برای حل شدن توسط ابزارهای معمولی.این مانع اکنون شکسته شده است. محققان یک پالس پرتو ایکس نرم ۱۹.۲ آتوثانیهای تولید کردهاند که عملاً سریعترین دوربین ساخته شده تاکنون را میسازد، دوربینی که قادر به ثبت دینامیک الکترون در زمان واقعی با وضوح بیسابقه است.
این پالس که توسط دانشمندان ICFO توسعه داده شده است، کوتاهترین و درخشانترین فلش پرتو ایکس نرم تولید شده تاکنون است.
با طول تنها ۱۹.۲ آتوثانیه، دریچهای مستقیم به فرآیندهایی میگشاید که قبلاً هرگز مشاهده نشدهاند و به محققان اجازه میدهد حرکت الکترونها را در حین واکنشها، انتقال فازها و انتقال انرژی مشاهده کنند.
نور پرتو ایکس نرم به طور منحصر به فردی قدرتمند است زیرا میتواند اتمهای خاص را انگشتنگاری کند.
این فلشهای فوق کوتاه به دانشمندان اجازه میدهند تا نحوه سازماندهی مجدد الکترونها در اطراف مکانهای اتمی منفرد را ردیابی کنند و نشان دهند که چگونه مواد خواص خود را تغییر میدهند یا چگونه مولکولها در طول واکنشها تغییر شکل میدهند.ایجاد یک پالس ایزوله، این کار به هیچ وجه ساده نبود. این کار نیاز به پیشرفتهای عمده در تولید هارمونیک بالا، مهندسی لیزر پیشرفته و روشهای جدید اندازهگیری آتوثانیهای داشت.
این نوآوریها در کنار هم، اندازهگیری پالس را فراتر از محدودیتهای قبلی پیش بردند و تأیید مدتزمانهایی را که زمانی فقط استنباط میشدند، ممکن ساختند.
این دستاورد یک شبه به دست نیامد. این سفر در سال ۲۰۱۵ آغاز شد، زمانی که تیم پروفسور ینس بیگرت برای اولین بار موفق به جداسازی پالسهای اتوثانیه در رژیم اشعه ایکس نرم شد.
آن پیشرفتهای اولیه، قدرت خود را نشان داده بودند و چگونگی تعامل الکترونها با شبکههای کریستالی در جامدات و چگونگی باز شدن حلقههای مولکولی را – که گامی اولیه در فرآیندهایی مانند پلیمریزاسیون است – حل میکردند.
با این حال، در آن زمان، اندازهگیری دقیق مدت زمان پالس همچنان یک چالش بود. تکنیکهای موجود فاقد دقت لازم برای تعیین قطعی مدت زمان واقعی فلاشها بودند.این موفقیت با یک روش جدید بازیابی پالس حاصل شد.
دکتر فرناندو آردانا-لاماس، نویسنده اول، گفت: “وقتی به گروه آمدم و ردپاهای رگهدار را دیدم، مجبور شدم با یک روش جدید بازیابی پالس به این موضوع بپردازم. بالاخره میتوانیم بگوییم که تا جایی که میدانیم، کوتاهترین پالس نوری در جهان را تایید کردهایم!»
این تایید، رکورد جدیدی را ثبت کرد و علم اتوثانیه را به پایینتر از واحد اتمی زمان، که آستانهای اساسی در فیزیک فوق سریع است، رساند.
پیامدهای این موضوع در رشتههای مختلف علمی گسترده است. توانایی مشاهده مستقیم حرکت الکترون میتواند نحوه مطالعه دانشمندان در زمینه فتوولتائیک، کاتالیز، مواد همبسته و دستگاههای کوانتومی نسل بعدی را متحول کند.
پروفسور بیگرت با اشاره به توانایی مشاهده مستقیم فرآیندهایی که نحوه رفتار ماده را در بنیادیترین سطح آن تعریف میکنند، گفت: «این قابلیت جدید، راه را برای پیشرفت در فیزیک، شیمی، زیستشناسی و علوم کوانتومی هموار میکند.»
برای محققان، این پالس نه تنها سریعتر، بلکه روشنتر، تمیزتر و دقیقتر است و ابزاری را ارائه میدهد که با مقیاس زمانی طبیعی خود الکترونها مطابقت دارد.با پایههای موجود، این حوزه آماده است تا از استنتاج غیرمستقیم به مشاهده در زمان واقعی حرکت کند.
همانطور که پروفسور بیگرت میگوید، اکنون که مقدمات کار فراهم شده است، «هیچ محدودیتی وجود ندارد».
