(PhysOrg.com) -- Natuurkundigen in Europa hebben met succes een glimp opgevangen van de beweging van elektronen in moleculen. De resultaten zijn een grote zegen voor de onderzoekswereld. Weten hoe elektronen binnen moleculen bewegen, zal waarnemingen vergemakkelijken en ons begrip van chemische reacties voeden.

Gepresenteerd in het tijdschrift Natuur , de studie wordt ondersteund via drie door de EU gefinancierde projecten.

de fysici, onder leiding van prof.dr. Marc Vrakking, Directeur van het Max Born Instituut voor niet-lineaire optica en korte pulsspectroscopie in Duitsland, gebruikte attoseconde laserpulsen om deze nieuwste technische prestatie te behalen. Wetenschappers konden deze beweging in het verleden niet waarnemen vanwege de extreme snelheid van elektronen.

Een attoseconde is een miljardste van een miljardste van een seconde. Licht legt in een attoseconde een afstand af van minder dan 1 miljoenste millimeter. Dit is in principe gelijk aan de afstand van het ene uiteinde van een klein molecuul tot het andere. Door attoseconde laserpulsen te creëren, de wetenschappers konden 'foto's' maken van de bewegingen van elektronen in moleculen.

Voor de doeleinden van deze studie, de natuurkundigen keken naar het waterstofmolecuul (H ₂ ) - met slechts twee protonen en twee elektronen, experts noemen H2 het 'eenvoudigste molecuul'. Het team gebruikte hun attoseconde laser om te bepalen hoe ionisatie plaatsvindt in een waterstofmolecuul. Tijdens ionisatie, één elektron wordt uit het molecuul verwijderd terwijl de energiestatus van het andere elektron verandert.

'In ons experiment konden we voor het eerst laten zien dat we met behulp van een attoseconde laser echt in staat zijn om de beweging van elektronen in moleculen waar te nemen, ' legde professor Vrakking uit. 'Eerst hebben we een waterstofmolecuul bestraald met een attoseconde laserpuls. Dit leidde tot de verwijdering van een elektron uit het molecuul - het molecuul werd geïoniseerd. In aanvulling, we splitsen het molecuul in twee delen met behulp van een infrarood laserstraal, net als met een kleine schaar, ' hij voegde toe. 'Hierdoor konden we onderzoeken hoe de lading zich tussen de twee fragmenten verdeelde - aangezien er één elektron ontbreekt, het ene fragment zal neutraal zijn en het andere positief geladen. We wisten waar het resterende elektron te vinden was, namelijk in het neutrale deel.'

De laatste 30 jaar of zo, wetenschappers hebben femtosecondelasers gebruikt om naar moleculen en atomen te kijken. Een femtoseconde is een miljoenste van een miljardste van een seconde, dus het maakt er 1 van 000 keer langzamer dan een attoseconde. Het is gemakkelijk om de beweging van moleculen en atomen te volgen wanneer femtosecondelasers worden gebruikt.

Wetenschappers hielpen deze technologie vooruit te helpen door attoseconde lasers te ontwikkelen, die ten goede komen aan diverse studies in de natuurwetenschappen, waaronder de hier geschetste studie.

In een commentaar op de berekeningen en de complexiteit van het probleem, co-auteur dr. Matthias Kling van het Max-Planck Institut für Quantenoptik in Duitsland, zei:'We kwamen erachter dat ook dubbel opgewonden staten, d.w.z. met excitatie van beide elektronen van moleculaire waterstof, kan bijdragen aan de waargenomen dynamiek.'

Professor Vrakking concludeerde:'We hebben het probleem niet - zoals we aanvankelijk hadden verwacht - opgelost. Integendeel, we hebben slechts een deur geopend. Maar in feite maakt dit het hele project veel belangrijker en interessanter.'