In een uniek experiment onderzoekers hebben geklokt hoe lang het duurt voordat een elektron door een atoom wordt uitgezonden. Het resultaat is 0,000 000 000 000 000 02 seconden, of 20 miljardsten van een miljardste van een seconde. De stopwatch van de onderzoekers bestaat uit extreem korte laserpulsen. Hopelijk, de resultaten zullen helpen om nieuwe inzichten te verschaffen in enkele van de meest fundamentele processen in de natuur.

Onderzoekers uit Lund, Stockholm en Göteborg in Zweden hebben het ongelooflijk korte moment gedocumenteerd waarop twee elektronen in een neonatoom worden uitgezonden.

"Als licht het atoom raakt, de elektronen absorberen de energie van het licht. Even later zijn de elektronen bevrijd van de bindende krachten van het atoom. Dit fenomeen, foto-ionisatie genoemd, is een van de meest fundamentele processen van de natuurkunde en werd voor het eerst theoretisch in kaart gebracht door Albert Einstein, die in 1921 de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontving voor deze bijzondere ontdekking", zegt Marcus Isinger, doctoraatsstudent attofysica aan de universiteit van Lund in Zweden.

Foto-ionisatie gaat over de interactie tussen licht en materie. Deze interactie is fundamenteel voor fotosynthese en het leven op aarde - en stelt onderzoekers in staat om atomen te bestuderen.

"Als atomen en moleculen chemische reacties ondergaan, de elektronen zijn degenen die het zware werk doen. Ze hergroeperen en bewegen om nieuwe bindingen tussen moleculen te creëren of te vernietigen. Een dergelijk proces in realtime volgen is een beetje een heilige graal binnen de wetenschap. We zijn nu een stap dichterbij gekomen", zegt Marcus Isinger.

Hoewel neon een relatief eenvoudig atoom is met in totaal tien elektronen, het experiment vereiste zowel een uiterst zorgvuldige timing, met een nauwkeurigheid binnen een miljardste van een miljardste van een seconde (bekend als een attoseconde), en uiterst gevoelige elektronendetectie die onderscheid kon maken tussen elektronen waarvan de snelheid slechts ongeveer een duizendste van een attojoule (een miljoenste van de stationaire energie van een elektron) verschilde.

De bevinding bevestigt meerdere jaren van theoretisch werk en laat zien dat de attofysica klaar is om complexere moleculen aan te pakken.

"Het kunnen observeren hoe moleculen elektronen uitwisselen tijdens een chemische reactie opent de deur naar volledig nieuwe soorten studies van een aantal fundamentele biologische en chemische processen."

De nieuwe meettechniek omzeilt de beperking geformuleerd door de vader van de kwantumfysica, Werner Heisenberg, in 1927. Volgens "het onzekerheidsprincipe van Heisenberg", het is niet mogelijk om de positie en de snelheid van een elektron op hetzelfde moment te bepalen. Echter, nu, de Zweedse onderzoekers hebben aangetoond dat het kan, in feite, worden gedaan:door superpositie (d.w.z. interferentie) van twee korte lichtpulsen met verschillende golflengten.