В революционном достижении исследователи из лаборатории в Триесте, Италия, успешно манипулировали отдельными атомами с помощью экстремального ультрафиолетового (XUV) излучения, что когда-то считалось невозможным. Это открытие, возглавляемое доктором Лукасом Брудером, демонстрирует не только передовые технологии, но и открывает новые пути для понимания материи и контроля квантовых процессов в беспрецедентных масштабах.
Команда использовала свободный электронный лазер для генерации точных световых импульсов, что позволило им контролировать квантовые состояния атомов гелия. Этот эксперимент стал значительной вехой, которая может преобразовать различные научные области, включая химию и материаловедение.
Электроны внутри атома обычно занимают определенные уровни энергии, подобно ступеням лестницы. Однако воздействие интенсивного света изменяет эти уровни, создавая то, что ученые называют "гибридными состояниями электрон-фотон". В этих состояниях электроны постоянно взаимодействуют с фотонами света, изменяя свое энергетическое поведение и устанавливая новую квантовую систему.
Для генерации этих гибридных состояний исследователи использовали исключительно высокие световые интенсивности, варьирующие от десяти до ста триллионов ватт на квадратный сантиметр. Это было достигнуто с помощью ультракоротких импульсов ультрафиолетового излучения, которые превратили теоретическую находку в удобный лабораторный инструмент. Способность адаптировать свойства света, такие как интенсивность и длительность, имела решающее значение для достижения такого точного атомного контроля.
Эксперимент проводился на одном из самых современных инструментов в мире, свободном электронном лазере (FEL), который производит высокоинтенсивные световые импульсы, необходимые для достижения энергетических уровней, способствующих образованию гибридных состояний. Бомбардируя атомы гелия светом XUV, ученые наблюдали изменения уровней энергии электронов в реальном времени и успешно контролировали эти изменения с поразительной точностью.
Примечательно, что манипуляция квантовыми состояниями происходила менее чем за две фемтосекунды, что позволяет контролировать квантовые процессы до того, как они прекратятся или эволюционируют естественным образом. Такой быстрый контроль необходим для продвижения квантовых исследований.
Последствия этого открытия выходят далеко за пределы лаборатории. В квантовой физике оно открывает новые возможности для более детальных исследований поведения электронов и фундаментальных взаимодействий между светом и материей. В химии исследователи изучают возможность использования света XUV в качестве "химического реагента", направляя реакции на конкретные продукты с точностью до атома.
Кроме того, фармацевтическая промышленность может значительно выиграть. Способность эффективно разрабатывать сложные молекулы может значительно сократить время и затраты на производство лекарств, потенциально приводя к более эффективным соединениям с меньшими побочными эффектами.
Этот прорыв представляет собой не только техническое достижение, но и смену парадигмы в нашем взаимодействии с материей. Когда-то казавшаяся невозможной мечта контролировать отдельные атомы с помощью света теперь стала реальностью благодаря технологическим инновациям и международному сотрудничеству.
Влияние этого исследования готово переопределить возможности в физике, химии и за ее пределами, предвещая новую эру в производстве материалов и разработке лекарств.