سرعت شگفت انگیز الکترون هنگام انتشار از اتم

پژوهشگران توانسته‌اند زمان نشر الکترون از اتم نئون را اندازه‌گیری کنند. نتایج این پژوهش هیجان انگیز می‌تواند در بررسی فرایندهای بنیادی طبیعت استفاده شود.

پژوهشگران در آزمایشی منحصر به فرد توانستند زمان نشر یک الکترون از یک اتم را اندازه بگیرند. نتیجه ۰/۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۲  ثانیه یا ۲۰ میلیاردیم یک میلیاردیم ثانیه است. ساعت پژوهشگران در این آزمایش، پالس‌های بسیار بسیار کوتاه لیزر بوده است. امید است که نتایج این پژوهش دیدگاه‌هایی جدید در زمینه‌ی برخی بنیادی ترین فرایندها در طبیعت فراهم کند.

پژوهشگران دانشگاه لاند در استکهلم و گوتنبرگ در سوئد لحظه ای بسیار ویژه را ثبت کرده‌اند: لحظه‌ی نشر دو الکترون از اتم نئون.

مارکوس ایزینگر، دانشجوی دکترای آتوفیزیک (در این شاخه از فیزیک از پالس‌های الکترون و فوتون در بازه‌های زمانی آتوثانیه برای بررسی پدیده‌های دینامیکی ماده با رزولوشن زمانی بی‌نظیر استفاده می‌شود) در دانشگاه لوند در سوئد می‌گوید:

وقتی نور با اتم برخورد می‌کند، الکترون‌ها انرژی نور را جذب می‌کنند. لحظه‌ای بعد، الکترون‌ها از جاذبه‌ی هسته فرار کرده و نشر می‌شوند. این پدیده، فوتونیزیشن نامیده می‌شود و یکی از مهم‌ترین فرایندهای بنیادی فیزیک است. این پدیده نخستین بار توسط آلبرت انیشتین نظریه پردازی شد. انیشتین به خاطر کشف این پدیده، نوبل فیزیک را در سال ۱۹۲۱ دریافت کرد.

فوتونیزیشن برهم کنش بین نور و ماده است. این برهم کنش برای فتوسنتز و حیات روی کره‌ی زمین ضروری است. فوتونیزیشن به پژوهشگران امکان می‌دهد تا اتم‌ها را مطالعه کنند. مارکوس ایزینگر می‌گوید:

وقتی اتم‌ها ومولکول‌ها وارد واکنش‌های شیمیایی می‌شوند، عمده‌ی کار بر دوش الکترون‌ها است. آن‌ها گروه‌هایی تشکیل می‌دهند و حرکت می‌کنند تا پیوندهای بین اتم‌ها و مولکول‌ها گسسته یا ایجاد شود. بررسی چنین فرانید در زمان حقیقی بسیار دشوار است؛ اما اکنون یک قدم به آن نزدیک شده‌ایم.

نئون اتمی ساده است که ده الکترون بیشتر ندارد. اما این آزمایش به زمان‌بندی بسیار دقیق و دقتی در حدود یک میلیاردیم یک میلیاردیم ثانیه (یک آتوثانیه) نیاز دارد. این آزمایش به تشخیص بسیار حساس الکترون هم نیاز دارد تا بتوان الکترون‌هایی که تفاوت سرعت آن‌ها در حد یک هزارم یک آتوژول (یک میلیونیوم انرژی حالت سکون یک الکترون) است را تشخیص داد.

این یافته‌ها چندین سال کار تجربی را تایید می‌کند و نشان می‌دهد که آتوفیزیک آماده است تا کار روی مولکول‌های پیچیده‌تر را آغاز کند.

اگر قادر باشیم تا چگونگی تبادل الکترون بین مولکول‌ها در یک واکنش شیمیایی را مشاهده کنیم، زمینه‌ی بسیار جدید از مطالعات در مورد تعدادی از فرایندهای زیستی و شیمیایی بنیادی آغاز خواهد شد.

تکنیک اندازه‌گیری جدید آن‌ها محدودیت فرموله شده توسط وارنر‌هایزنبرگ، پدر فیزیک کوانتومی، در سال ۱۹۲۷ را دور می‌زند. براساس قانون عدم قطعیت‌هایزنبرگ، نمی‌توان مکان و سرعت الکترون را هم زمان مشخص کرد. بااین‌حال، پژوهشگران سوئدی نشان داده‌اند که می‌توان این کار را از طریق سوپرپوزیشن یا تداخل دو پالس کوتاه نور با طول موج‌های متفاوت انجام داد.