Атомы неона и лазерный луч

Исследовательская группа из Университета Васэда и Национальной исследовательской организации Канады разработала новый метод наблюдения, позволяющий приблизиться к "истинной природе" электронов, которую можно было показать только теоретически. Облучая атомы неона лазерными лучами, управляемыми с точностью до аттосекунды (сотой доли километра), команда смогла визуально зафиксировать математические формулы, описывающие информацию об электронах как о волнах. Если фигуру электронов, ответственных за связи между атомами, удастся измерить в деталях, это будет полезно для разработки новых материалов и выяснения химических реакций.

Информация об электронах как волнах выражается в математической формуле, называемой "волновой функцией". Она включает в себя такую информацию, как амплитуда, которая указывает на силу волны, и фаза, которая указывает на пики и впадины волны. Электроны отвечают за связь между атомами, и если фазы одинаковы, волны усиливают друг друга и атомы скрепляются; если фазы различны, они ослабляют друг друга и не скрепляются, как предложил доктор Кеничи Фукуи, лауреат Нобелевской премии по химии 1981 года, в своей "Теории пограничных орбит", но фаза информации в виде электронных волн теряется при обычных методах измерения. Однако существует проблема, заключающаяся в том, что при обычном методе измерения фаза информации в виде электронных волн теряется.

Исследовательская группа разработала оригинальную методику измерения электронов путем наложения лазерных лучей, управляемых со сверхвысокой точностью менее 50 аттосекунд, при сохранении их свойств как электронных волн. Применяя эту технику, команде удалось визуализировать амплитудное и фазовое распределение волновой функции электрона по всему атому неона с помощью двух типов лазерных лучей. Традиционные методы использовали три типа лазерных лучей, что требовало сложного анализа и ограничивало диапазон, в котором можно было измерять электроны.

Цель - применить технологию не только к атомам неона в газах, но и к молекулам и твердым материалам, состоящим из множества атомов. Профессор Хиромичи Ниикура из Университета Васэда надеется, что "визуализация волновой функции даст подсказки для проектирования молекул". Проверяя расхождение между экспериментально измеренными волновыми функциями и моделированием химических реакций, он считает, что это приведет к повышению точности оценки свойств молекул.