Wetenschappers in Japan hebben de ultrasnelle beweging van elektronenbewegingen in een Xenon-atoom waargenomen en verstoord met behulp van de coherente paren korte lichtgolven in synchrotronstraling. Xenon, bestaande uit een kern omringd door vijf geneste schillen met in totaal 54 elektronen, wordt gebruikt in flitslampen, en het brandt helder en snel. De luminescerende elektronen verplaatsen zich daar op een tijdschaal van een miljardste van een seconde. De snelle elektronenbeweging is echter zes ordes van grootte langzamer dan de wetenschappers hebben waargenomen. Met behulp van de synchrotron-faciliteit van het Institute for Molecular Science, ze volgden de elektronenbeweging in ontspanning om energie af te stoten door van een buitenste schil naar een binnenste schil te vallen. Het proces vindt plaats op een tijdschaal van femtoseconden, of een miljoenste van een miljardste van een seconde. Een femtoseconde is tot een seconde zoals een seconde tot bijna 32 miljoen jaar is. Het vermogen om dergelijke ultrasnelle processen te observeren en te controleren, zou de deur kunnen openen naar experimenten en toepassingen van de volgende generatie, volgens de onderzoekers.

De resultaten zijn op 17 maart gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

"Het beheersen en onderzoeken van de elektronische beweging in atomen en moleculen op hun natuurlijke tijdschaal van attoseconden - die een duizendste van een femtoseconde zijn - is een van de grenzen in de atoomfysica en de attosecondefysica, " zei papierauteur Tatsuo Kaneyasu, onderzoeker bij de SAGA Light Source, Kyushu Synchrotron Light Research Center in Japan. "In dit onderzoek, we hebben aangetoond dat ultrakorte processen in atomen en moleculen kunnen worden gevolgd met behulp van de ultrakorte eigenschap van het stralingsgolfpakket."

Recente ontwikkelingen in lasertechnologie stellen ons in staat om ultrasnelle, of ultrakort, dubbele lichtpulsen die kunnen interageren met subatomaire processen. Deze interferentie kan worden gecontroleerd door de tijd tussen elke puls nauwkeurig af te stemmen. De puls wekt elektronen op, waarvan de beweging een elektronengolfpakket wordt genoemd. Kaneyasu en zijn team hebben deze technologie bereikt met behulp van synchrotronstraling, wat een groot voordeel heeft bij het genereren van fotonen met hogere energie dan die van lasers.

"Deze methode, 'wave packet interferometrie' genoemd, " is nu een fundamenteel hulpmiddel voor het bestuderen en manipuleren van de kwantumdynamica van materie, " zei Kaneyasu. "In deze studie, het elektronengolfpakket werd geproduceerd door enkele elektronische toestanden in een xenonatoom te plaatsen."

Net zoals twee overlappende bundels die een intenser licht produceren dan elk afzonderlijk afgeeft, twee overlappende elektronengolfpakketten produceren kwantumeffecten.

"Het uiteindelijke doel is het controleren en onderzoeken van de ultrasnelle elektronische beweging van een breed scala aan elementen, niet alleen in de atomen en moleculen in de gasfase, maar ook in de gecondenseerde materie, "Zei Kaneyasu. "Dit nieuwe vermogen van synchrotronstraling helpt wetenschappers niet alleen ultrasnelle verschijnselen in atomaire en moleculaire processen te bestuderen, maar kan in de toekomst ook nieuwe toepassingen openen bij de ontwikkeling van functionele materialen en elektronische apparaten."