• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • 20 attosekund - najkrótszy przedział czasu, jaki kiedykolwiek zarejestrowano

    29.06.2010. 19:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Ponad sto lat temu Albert Einstein rozwiązał pozorny paradoks tkwiący w teorii fotoemisji, opisując światło jako składające się z cząstek zwanych fotonami a nie z fal. Od tamtej pory fotoemisję wyjaśniano jako proces, w którym elektron jest natychmiast wyrzucany z atomu, po tym jak atom pochłonie energię fotonu. Obecnie fizycy, których prace są finansowane ze środków unijnych, pokazują, że nie dzieje się tak natychmiast. Dążąc do udowodnienia, że istnieje pewne opóźnienie po tym jak foton uderza w elektron, zespołowi udało się zmierzyć najkrótszy przedział czasu zarejestrowany dotąd w naturze. Pogłębienie wiedzy na temat tych maleńkich interakcji dostarcza cennych informacji na temat wszystkich procesów biologicznych i chemicznych. Wyniki badań opublikowano w magazynie Science.

    Badania przeprowadzili fizycy z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka, Technische Universität München oraz Ludwig-Maximilians-Universität München w Niemczech, którzy współpracowali z fizykami z Arabii Saudyjskiej, Austrii i Grecji. Ich prace zostały dofinansowane ze środków unijnych w formie grantu reintegracyjnego Marie-Curie oraz grantu dla początkujących naukowców Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN).

    Aby uwolnić elektrony z orbitali atomu strzelano szybkimi seriami impulsów światła laserowego w atomy neonu przez mniej niż cztery femtosekundy (femtosekunda to jedna biliardowa sekundy). Atomy były jednocześnie uderzane przez impulsy skrajnego nadfioletu, które trwały kolejne 180 attosekund (attosekunda to jedna trylionowa sekundy). Fizycy zarejestrowali następnie, kiedy elektrony zostały wyrzucone z atomu za pomocą sterowanego pola zsynchronizowanego impulsu laserowego jako swoistego rodzaju "chronografu attosekundowego". Wynik pokazał wymierne opóźnienie czasowe rzędu około 20 attosekund między uwolnieniem elektronu zajmującego orbital 2p a elektronu zajmującego orbital 2s.

    Technika pomiaru wykorzystana przez fizyków jest najszybszą na świecie. Co więcej zarejestrowane 20-attosekundowe przesunięcie czasowe stanowi najkrótszy przedział czasu, jaki do tej pory został bezpośrednio zmierzony.

    "Jedna attosekunda, która równa się jednej trylionowej części sekundy, to niewyobrażalnie krótki przedział czasu" - wyjaśnia dr Reinhard Kienberger z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka. "Niemniej po wzbudzeniu przez światło jeden z elektronów opuszcza atom wcześniej niż drugi. Stąd byliśmy w stanie pokazać, że elektrony "wahają" się przez chwilę zanim opuszczą atom."

    Członkowie zespołu z Austrii, Grecji i Niemiec określili, że to wahanie trwało pięć attosekund. Powody, dla których elektrony wahają się w ten sposób przed wyrzuceniem pozostaje kwestią otwartą do interpretacji. Dr Vladislav Yakovlev, również z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka, wyjaśnia: "Wydajność obliczeniowa potrzebna do modelowania tego typu wieloelektronowego systemu przekracza moce obliczeniowe dzisiejszych superkomputerów."

    Niemniej fizycy sugerują, że jedną z przyczyn może być połączenie interakcji między elektronami oraz między elektronami a ich jądrem atomowym. "Interakcja elektron-elektron może wówczas oznaczać, że mija krótka chwila zanim elektron wstrząśnięty padającą falą światła zostanie uwolniony przez inne elektrony i będzie mógł opuścić atom" - mówi dr Martin Schulze z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka.

    Dr Ferenc Krausz z Ludwig-Maximilians-Universität München podkreśla dalekosiężne konsekwencje osiągnięć zespołu: "Te jak dotychczas słabo poznane interakcje mają zasadniczy wpływ na ruchy elektronów w tych najmniejszych skalach, które wyznaczają tok wszystkich procesów biologicznych i chemicznych, czy też szybkość mikroprocesorów stanowiących serce komputera."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Metoda orbitali molekularnych – jedna z częściej stosowanych metod chemii kwantowej stosowana do opisu elektronów w cząsteczkach. W metodzie orbitali molekularnych zaniedbuje się korelację elektronów, czyli stosuje się przybliżenie jednoelektronowe. W myśl tego przybliżenia każdemu elektronowi przypisuje się oddzielny orbital molekularny, opisujący stan tego elektronu w polu jąder wszystkich atomów, z których składa się cząsteczka. Jonizacja powyżej progu (ang. Above Threshold Ionization lub ATI) w mechanice kwantowejjonizacja atomu za pomocą promieniowania elektromagnetycznego, w wyniku której emitowane są elektrony o energii kinetycznej większej, niż wynikałoby to ze wzoru Einsteina opisującego zależności energetyczne w zjawisku fotoelektrycznym Magnetyczna spinowa liczba kwantowa (ms)- może przyjmować dwie wartości: -½ i ½. Elektrony, rozróżniające się tylko wartością tej liczby kwantowej, są opisywane tym samym orbitalem w atomie. Często o elektronach różniących się znakiem magnetycznej kwantowej liczby spinowej mówi się, że mają przeciwne spiny.

    VSEPR (ang. Valence Shell Electron Pair Repulsion – pl. odpychanie par elektronowych powłoki walencyjnej). Metoda ta została zaprezentowana w 1940 roku przez Nevila Sidgwicka i Herberta Powella. Według niej o budowie przestrzennej cząsteczki decyduje łączna liczba elektronów walencyjnych wokół atomu centralnego oraz orientacja przestrzenna obszarów orbitalnych, w których mieszczą się te elektrony. Energia jonizacji, potencjał jonizacyjny atomu lub cząsteczki – minimalna energia, którą należy dostarczyć, aby oderwać elektron od atomu danego pierwiastka lub cząsteczki. Przy jonizacji atomu znajdującego się w stanie podstawowym używa się określenia "pierwszy potencjał jonizacyjny"; przy odrywaniu kolejnych elektronów mówi się o drugim, trzecim, n-tym potencjale jonizacyjnym, określając w ten sposób energię potrzebną do oderwania n-tego elektronu po wcześniejszym oderwaniu n - 1 elektronów.

    Promień van der Waalsa - odległość najdalszych elektronów od jądra atomowego (w przypadku pojedynczego atomu) lub od geometrycznego środka cząsteczki. Wyobrażając sobie atom lub cząsteczkę jako kulę, której powierzchnię tworzą najdalej położone od centrum elektrony, promień van der Waalsa jest po prostu promieniem tej kuli. Chociaż takie uproszczenie jest z punktu widzenia mechaniki kwantowej całkowicie błędne i naiwne, to jednak sprawdza się ono w wielu praktycznych zastosowaniach. Powłoka walencyjna – ostatnia, najdalej odsunięta od jądra powłoka elektronowa atomu. Elektrony na niej są najsłabiej związane z atomem i mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań chemicznych. W przypadku elektronów znajdujących się niżej zazwyczaj nie jest to możliwe, choć są od tego liczne wyjątki.

    Reguła Hunda - reguła mówiąca, że w atomie, w celu uzyskania najbardziej korzystnego energetycznie zapełnienia orbitali atomowych, powinno być jak najwięcej elektronów niesparowanych. Elektrony ulegają sparowaniu po pojedynczym zapełnieniu wszystkich form przestrzennych danych orbitali danej powłoki elektronowej. Promień walencyjny atomów, zwany też czasami promieniem kowalencyjnym – średnia odległość najdalej położonych od jądra atomu elektronów występująca w pojedynczych wiązaniach chemicznych tworzonych przez te atomy. Można też powiedzieć, że promień walencyjny jest równy połowie średniej długości pojedynczych wiązań chemicznych jakie zwykle tworzy dany atom.

    Elektron niewalencyjny – elektron, znajdujący się w atomie na niższej energetycznie od najwyższej powłoce elektronowej. Elektrony niewalencyjne tworzą wraz z jądrem atomowym tzw. rdzeń atomowy i nie uczestniczą w tworzeniu wiązań chemicznych.

    Atom egzotyczny – atom, w którym jedna lub więcej cząstek zostały zastąpione innymi cząstkami o tym samym ładunku. Na przykład atomy mionowe i atomy hadronowe to atomy, w których elektron jest zastąpiony inną ujemną cząstką. Do atomów egzotycznych należą również takie, w których jądro zastąpione jest inną cząstką dodatnią, na przykład pozytonium (elektron i pozyton), mionium (elektron i dodatni mion) oraz pionium (pion i mion), a także atomy z hiperjądrem.

    Elektron walencyjny - elektrony znajdujące się na ostatniej, najbardziej zewnętrznej powłoce atomów, która nazywana jest powłoką walencyjną. Liczba oraz poziomy energetyczne elektronów walencyjnych decydują w dużym stopniu o właściwościach atomów a tym samym i pierwiastków chemicznych. Reguła oktetu (zwana także regułą helowca) – atomy pierwiastków dążą do uzyskania konfiguracji elektronowej najbliżej położonego gazu szlachetnego w układzie okresowym pierwiastków, czyli do uzyskania układu oktetu (ośmiu) elektronów walencyjnych (z wyjątkiem dążenia do uzyskania konfiguracji helu, posiadającego jedynie dwa elektrony). Atomy osiągają to przez oddanie, przyjęcie lub uwspólnienie elektronów z innym atomem.

    Dodano: 29.06.2010. 19:12  


    Najnowsze