FYSIKK

Filme elektroner, går det an?

Ja, med verdens korteste laserlysglimt og en spesiell teknikk er det faktisk mulig å se hva elektronene bedriver. Nå har forskere doblet den mulige lengden på filmene.

– På en måte manipulerer vi elektronene til å filme seg selv, sier Antoine Camper. Forskerne har brukt lasere som sender ut lys i korte pulser.
– På en måte manipulerer vi elektronene til å filme seg selv, sier Antoine Camper. Forskerne har brukt lasere som sender ut lys i korte pulser. Illustrasjon: Antoine Camper/UiO
Hilde Lynnebakken, Titan.uio.no
4. juni 2023 - 08:08

Har du forsøkt å fotografere en fotballkamp, vet du at du må bruke kort lukkertid for å fryse bevegelsen til spillerne og ballen. Bildet bør kanskje være tatt i løpet av en tusendel av et sekund.

Jo raskere noe beveger seg, jo kortere må lukkertiden være for at bildet skal bli skarpt.

Elektroner er ikke bare ørsmå, de beveger seg også uhyre raskt. I det minste atomet, hydrogen, svirrer et enslig elektron omkring kjernen. Rundetiden i innerste bane er på lynraske 0,000.000.000.000.000.15 sekund.

Sagt på en annen måte: 150x10-18 sekund, eller 150 atto-sekunder, som har gitt opphav til en ny gren av vitenskapen: Attosekundfysikk.

Trikser med laser

Lys, som beveger seg med rundt 300.000 kilometer i sekundet, bruker omtrent ett attosekund på å passere et atom.

For å studere hvordan elektronene i atomer og molekyler beveger seg, har en internasjonal gruppe forskere brukt lasere som sender ut lys i korte pulser.

– Lasere med korte nok pulser finnes ikke, så vi må bruke noen triks, forteller Antoine Camper, forsker ved UiO.

Teknikken han og kollegene bruker, går ut på å rette ultrakorte, men energirike laserpulser mot molekylene i gassen de vil studere, i dette tilfellet nitrogen og CO2.

Elektronene surfer på laserbølgen

Illustrasjonen viser Euclid i universet og er laget av ATG på oppdrag fra Esa. Nå sitter forskere klare til å undersøke data fra satellitten.
Les også

Enten tar Einstein feil, eller så finnes mørk energi

Artikkelen fortsetter etter annonsen
annonsørinnhold
GK
Ambisiøs renovering midt i Trondheim

Laserpulsen gir noen av elektronene nok energi til at de forlater molekylet de er bundet til. Elektronene surfer en stund på laserbølgen før de fanges inn igjen av molekylet.

Idet elektronene returnerer til molekylet, sender de ut lys med veldig kort bølgelengde, typisk mellom 10 og 100 nanometer, kodet med tilstanden i molekylet.

– Vi registrerer lysglimt med noen få hundre attosekunders mellomrom, sier Camper. Det er kort nok til at glimtene gir innsikt i det indre livet i molekylene.

– Med vår teknikk kan vi studere elektronenes bevegelser dobbelt så lenge som tidligere, forteller Antoine Camper. <i>Foto:  Lillian Smestad/UiO</i>
– Med vår teknikk kan vi studere elektronenes bevegelser dobbelt så lenge som tidligere, forteller Antoine Camper. Foto:  Lillian Smestad/UiO

Hvert lysglimt gir et øyeblikksbilde av molekylet, som en filmrute i en film.

– På en måte manipulerer vi elektronene til å filme seg selv, sier Camper.

Eksperimentene har de gjort ved CELIA-laboratoriet i Bordeaux i Frankrike.

– Med vår teknikk kan vi studere elektronenes bevegelser dobbelt så lenge som tidligere, forteller Camper.

For kort for Tiktok, lang nok for kvanteteknologi

Filmlengden har økt til – ikke blunk! – 3 femtosekunder, eller 0,000.000.000.000.003 sekunder.

Selv om det ville vært en for kort film selv for Tiktok, er den faktisk lang nok til å si noe om dynamikken inne i molekylene.

De superraske målingene gir nye muligheter for å forstå prosesser på kvantenivå, og forskere i feltet jobber allerede med anvendelser innen elektronikk, kvanteteknologi og biomedisin.

Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no

Måleinstrumentet på nasen av helikopteret er det fyrste slike magnetometeret i Europa og er utvikla av Greenpeg-prosjektet.
Les også

Driv litiumjakt frå himmelen

Del
Kommentarer:
Du kan kommentere under fullt navn eller med kallenavn. Bruk BankID for automatisk oppretting av brukerkonto.