De 'Attoclock' Laat Zien Hoe Snel Elektronen Zich Verplaatsen In Een Miljoenste Van Een Miljardste Van Een Seconde

{h1}

Een ultraprecieze nieuwe "attoclock" helpt natuurkundigen bij het maken van moleculaire films van ultrasnelle chemische reacties.

Tenzij je een superheld bent als The Flash, beweegt de moleculaire wereld sneller dan enig mens kan waarnemen. Het kost bijvoorbeeld een paar honderd attoseconden voor een klein elektron om van de ene kant van een atoom naar de andere te bewegen tijdens een chemische reactie.

Wat is een attoseconde, vraag je? Deel eerst 1 seconde in een miljard stukjes. Verdeel een van die stukken in nog een miljard fragmenten. Dat is een attoseconde: één miljardste van een miljardste van een seconde (of 1 x 10 ^ minus 18 seconden).

Dat is een onmetelijk korte tijd. Maar om het onzichtbare universum van kwantumgebeurtenissen overal om ons heen te begrijpen, hebben wetenschappers een manier nodig om moleculaire actie op die attoseconde schaal te meten. Volgens een nieuw artikel dat gepubliceerd is in het maartnummer van het tijdschrift Nature Photonics, heeft een team van wetenschappers een nieuwe manier bedacht om dat te doen, met een nieuwe 'attoclock' die de tijd houdt voor een verbijsterend kleine tijdsschaal. [Video: de meest nauwkeurige atoomklokken maken]

"Er zijn half zoveel seconden in het tijdperk van het universum omdat er attoseconden zijn in één seconde", verklaarde studie-co-auteur Ryan Coffee, een senior wetenschapper bij SLAC en het Stanford PULSE Institute, aan WordsSideKick.com. "Honderd attoseconden (eentiende van een miljoenste van een miljardste van een seconde) is de potentiële resolutie van ons meetapparaat."

Het meten van de bijna-onmiddellijke gebeurtenis

Het SLAC-laboratorium is de thuisbasis van enkele van de snelste röntgenlasers ter wereld, in staat om pulsen af ​​te vuren die slechts enkele tientallen attoseconden per stuk aanhouden. Wanneer gericht op individuele atomen en moleculen, kunnen flitsen die zo snel zijn, in essentie maken wat SLAC "moleculaire films" noemt - een serie foto's gemaakt op de attoseconde tijdschaal, waarmee chemie in beweging wordt gebracht.

Maar een probleem met het fotograferen van kwantumfysische gebeurtenissen is dat er tot nu toe geen erg betrouwbare manier was om te meten hoe snel of hoe krachtig die ultrasnelle röntgenstralen waren - en zonder precieze metingen konden wetenschappers de gegevens die zij hebben verzameld uit deze moleculaire films.

In hun recente paper beschrijven Coffee en zijn collega's een nieuwe methode van moleculaire tijdregistratie die een 'attoclock' wordt genoemd. Het apparaat werd 10 jaar geleden voor het eerst voorgesteld door Zwitserse fysici, maar volgens Coffee begint het zijn ongelooflijke potentieel pas te bereiken met experimenten zoals SLAC's.

De attoclock heeft een diameter van ongeveer 2 voet (0,6 meter) en zit in een kleine vacuümkamer in het SLAC-lab. De klok is gemaakt van 16 cilindrische detectoren in een cirkel, zoals de spaken van een wagenwiel (of, als u dat wilt, de cijfers op de voorkant van een klok).

Om de klok te starten, wordt een doelatoom of -molecuul in het midden van de cirkel geplaatst, waar het wordt gestraald door een ultrasnelle puls van een van de attoseconde lasers van het laboratorium. Wanneer de puls het atoom raakt, wordt het atoom geïoniseerd en worden enkele van zijn elektronen afgegooid. Het roterende elektrische veld van de laser helpt die vrije elektronen naar een van de 16 detectoren te geleiden. De onderzoekers kunnen exact aangeven hoeveel energie de laserstraal heeft gehad en wanneer deze het doelwit raakt door te volgen waar de elektronen terechtkomen.

"Het is net als het lezen van een horloge," Koffie samengevat in een verklaring. "Een elektron kan een detector raken die om één uur of drie uur of ergens rond de wijzerplaat is geplaatst.We kunnen zien waar het precies terechtkomt wanneer het werd gegenereerd door de röntgenpuls."

Volgens Coffee werkten de attoclock-experimenten van het team zelfs beter dan verwacht, en technologische upgrades maken het apparaat de komende jaren alleen maar nauwkeuriger.

"Met dat detailniveau kunnen we volledig nieuw chemisch gedrag onderscheiden," zei Coffee. Tijdens chemische reacties konden de ultraprecieze moleculaire films van het lab het gedrag van individuele moleculen met ongelooflijke helderheid vastleggen. Verdere experimenten kunnen zelfs helpen bij het verklaren van verschijnselen zoals chiraliteit - de aanleg van de natuur voor rechts- of linkshandige moleculen - gebaseerd op de manier waarop moleculen bewegen en veranderen in het midden van de reacties.

"We kunnen beginnen te kijken waarom de natuur moleculen de vormen heeft gegeven die ze heeft gedaan," zei Coffee.

Blijf op de hoogte voor meer atomaire updates in de komende paar jaar. Het kost maar een paar septillion attoseconden.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com