A molekulák belsejét, a kémiai és biológiai reakciókat tanulmányozhatják a kutatók eddig nem látott részletességgel annak az ígéretes kísérletnek a továbbfejlesztésével, amelyről a Nature Communications cikke beszámol.
Bár a röntgenspektroszkópia femtoszekundomos (1 femtoszekundum = 10-15 másodperc, azaz a másodperc milliomod részének a milliomod részének egy ezreléke) időfelbontása is eddig ismeretlen világokat nyit meg előttünk, de az új, lézeres kísérletek még ennél a szabad elektron lézernél is nagyságrendekkel jobb felbontással mutathatják meg a molekulák és a biokémia folyamatok világát.
Ez a jobb, un. attoszekundomos (1 as = 10-18 másodperc azaz a másodperc milliomod részének milliomod részének milliomod része) felbontás, bár már eddig is elérhető volt gázokkal, most a kutatók, köztük az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai is, szilárd testek felszínén is képesek voltak létrehozni ilyen rövid impulzushosszakat (az impulzus hossza mutatja meg milyen felbontással képesek egy-egy eseményt vizsgálni a kutatók, minél rövidebb egy impulzus, annál több részlet fedi fel magát). Ez azért fontos, mert szilárd testen keltett plazmákban a lézerfény még magasabb felharmonikusait, következésképpen még rövidebb impulzushosszakat lehet kelteni, mint a gázokban, tehát ezzel egy újabb kaput nyitottak meg még rövidebb impulzushosszakhoz, azaz a még jobb felbontáshoz, melyekkel még részletesebben tudják vizsgálni a kutatók a kémiai és biológiai reakciókat.
A felharmonikusok, az alaprezgés egész számú többszörösei, amelyek a zenében az egyes hangszerek karakterisztikáját adják, a fény esetében a fizikusok eszközei lehetnek. A magas felharmonikusok keltésekor általában egy impulzussorozat keletkezik, amely attoszekundumos impulzusokból áll.
A kutatóknak, köztük az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársainak most sikerült először indirekt bizonyítékot találniuk arra, hogy az általuk alkalmazott módszerekkel izolált, azaz egyedül álló attoszekundumos impulzusok is kelthetőek, amelyeknek már a gyakorlatban is alkalmazhatók.
A kutatók a kísérletek során olyan lézert használtak, amelyet garchingi Max Planck Kvantumoptikai Intézetben fejlesztett ki a Veisz László és Krausz Ferenc neveivel is fémjelzett kutatócsapat. Ez a lézer olyan rövid impulzusokat képes előállítani, amelyek csupán nem egészen két ciklus, azaz két teljes szinuszos rezgés hosszúak, azaz nagyon pici fénycsomagok.
A tudósok ezzel a lézerrel keltették az alapfrekvencia többszörösét (azaz felharmonikusokat) szilárd test felszínén, miközben minden egyes fényimpulzus kibocsájtásánál megmérték, hogy a rezgés milyen fázist mutat. A kiértékelések során pedig azt vették észre, hogy a keltett felharmonikusok hullámhossza függött a rezgés fázisától.
Az analízis emellett azt is kimutatta, hogy az egyes attoszekundumok közötti 2,5-3 femtoszekundumban mintegy 50-100 nm-t mozdult el a plazma felülete. Az is bebizonyosodott, hogy létezik olyan fázisú lézerimpulzus, amelynél izolált attoszekudumos impulzus keletkezik.
A kutatásokban magyar részről az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai: Földes István és Aladi Márk vettek részt, akik a kísérletek előkészítésben, a kísérletekben, a diszkusszióban, és az adatok értelmezésében működtek közre. A kísérletek helyszíne a München melletti Garchingban lévő Max Planck Kvantumoptikai Intézet volt, ahol a szintén magyar Veisz László vezette kutatócsoporttal dolgoztak együtt az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai.
A nemzetközi együttműködésben a magyarok a LaserLab Europe és az Eurofusion finanszírozásának segítségével tudtak részt venni.
Összeállította: Werovszky Veronika
