Vědci pozorovali pohyb elektronů v atomech

Kvantová mechanika ukazuje přesný matematický popis stavu či stavů elektronů, které se nacházejí v atomech. Vědci teď vůbec poprvé v historii experimentálně zachytili změny stavů elektronů, které byly přítomny v atomech kryptonu. Tyto změny zachytili dokonce v reálném čase. Podařilo se jim to pomocí osvěcování těchto atomů velmi rychlými laserovými pulsy v pásmu ultrafialového záření.

Výzkum uskutečnil mezinárodní tým německých a amerických vědců z Institutu Maxe Plancka a Lawrencovy Národní laboratoře v Berkeley. Pro svůj experiment zvolili ionizované atomy kryptonu, tedy takové, které přišly o právě jeden elektron, a pomocí absorpce laserového záření pozorovali oscilace dalších elektronů, které se nacházely v nejvyšší, tzv. valenční slupce těchto atomů. Pro toto sledování použili pulsů tzv. attosekundového laseru. Frekvence těchto pulsů, které atomy kryptonu absorbovaly, dosahovaly stonásobku attosekundy - attosekunda odpovídá hodnotě 10 na minus osmnáctou sekundy. Délka pulsů 100 attosekund tedy odpovídá hodnotě 10 na minus šestnáctou sekundy.

Vědci při těchto pokusech odhalili cyklické kvantové "koherentní" oscilace elektronů mezi dvěma jejich stavy čili tzv. orbitaly, které odpovídají představě přelétávajícího elektronu. Změny stavů měly periodu zhruba 6 femtosekund, 1 femtosekunda je 10 na minus patnáctou sekundy. Poprvé jsme tak pozorovali dynamické změny ve vnější oblasti elektronové obálky atomu, které souvisejí se schopnostmi daného atomu vstupovat do různých chemických reakcí. Tyto změny tedy velmi detailně objasňují, jak se může atom kryptonu prostřednictvím svých valenčních elektronů spojovat a vázat s atomy jiných prvků. Tato informace bude mít důležité využití nejen ve fyzice a chemii, ale také v oblasti biologických systémů.

Němečtí vědci přitom v jiném experimentu s atomy neonu prokázali, že nejkratší časový interval, který jsou dnes schopni laserovými pulsy měřit, je dlouhý asi 20 attosekund. Článek o tomto experimentu byl zveřejněn 5. 8. v časopisu Nature.