Először kaptak lencsevégre elektronokat a világ leggyorsabb mikroszkópjával
Fizikusok megalkották a világ leggyorsabb mikroszkópját, amely még a mozgó elektronokat is képes kiszúrni. Az új eszköz a transzmissziós elektronmikroszkóp újabb változata, amely úgy készít képeket a repülő részecskékről, hogy a másodperc egy kvintilliomod részénél rövidebb impulzusokkal lövi őket.
Szinte felfoghatatlannak hangzik, de a kutatók adtak egy támpontot hozzá. A Science Advances új tanulmánya szerint ezek a részecskék ugyanis másodpercenként nagyjából 2200 kilométeres sebességgel haladnak, így mindössze 18,4 másodperc alatt képesek megkerülni a Földet. A mikroszkóp segítségével a kutatók abban reménykednek, hogy új felfedezéseket tehetnek azok repülésének módjával kapcsolatban.
Mohammed Hassan, az Arizonai Egyetem fizika és optikai tudományok docense kifejtette, hogy „ez a transzmissziós elektronmikroszkóp olyan, mint egy nagyon erős kamera a legújabb okostelefonokban. Lehetővé teszi számunkra, hogy olyan dolgokról készítsünk képeket, amelyeket korábban nem láthattunk, például elektronokról. Reméljük, hogy az eszköz segítségével a megérthetjük a viselkedésü és mozgásuk mögött meghúzódó kvantumfizikát.”
Az elektronok rendeződése az atomok és molekulák belsejében kulcsfontosságú a fizika és a kémia világában is
Azonban az apró részecskék túl izgágák ahhoz, hogy egyszerűen lehessen őket tanulmányozni. A mozgásukat rögzíteni képes expozíciós idő megteremtéséhez a fizikusok a 2000-es évek elején olyan módszereket fejlesztettek ki, amelyekkel apró, attoszekundumos impulzusokat hozhatnak létre, amely 2023-ban fizikai Nobel-díjat hozott az ezt végző tudósoknak. Elképesztő teljesítmény, főleg, ha tudjuk, hogy egy attoszekundum egy másodperchez képest annyi, ami egy másodperc az univerzum korához képest.
A Live Science beszámolója szerint a mikroszkópok expozíciós idejét néhány attoszekundumos nagyságrendre csökkentve a fizikusok megfejtették, hogyan hordozzák ezek a részecskék a töltést, illetve azt is, hogyan viselkednek a félvezetők és a folyékony víz belsejében, és hogy hogyan szakadnak szét az atomok közötti kémiai kötések. Azonban még ez az időablak is túl nagy ahhoz, hogy a részecskék mozgását meg lehessen figyelni, ezért az új tanulmány mögött álló fizikusok addig finomítottak egy elektronágyún, amíg az mindössze egy attoszekundumos impulzust nem produkált.
Ezek aztán eltalálják a vizsgált mintát, a rajta áthaladó részecskék lelassulnak, és megváltoztatják az elekrtonsugár hullámfrontjának alakját. A lelassult sugarat ezután egy lencse felnagyítja, majd egy fluoreszkáló anyagba ütközik. Azáltal, hogy az impulzust két, gondosan szinkronizált fényimpulzussal párosították, képesek voltak az atomokban lévő elektronok ultragyors mozgását vizsgálni. Hassan úgy fogalmazott, hogy „elektrontranszmissziós mikroszkópunkkal képesek vagyunk másodperces időbeli felbontást elérni, amit „attomikroszkópiának” neveztünk el. Most először láthatjuk az elektron darabjait mozgásban.”
Érdemes elolvasni:
