Cel mai rapid microscop din lume poate vedea cum se mișcă electronii

Fizicienii au creat cel mai rapid microscop din lume, atât de rapid încât poate detecta electronii în mișcare.

Cel mai rapid microscop din lume, o versiune mai avansată a unui microscop electronic de transmisie, captează imagini ale electronilor în zbor prin lovirea acestora cu pulsuri de electroni de o cvintilionime de secundă.

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

Aceasta este o realizare remarcabilă: electronii se deplasează cu aproximativ 2200 de kilometri pe secundă, ceea ce le permite să înconjoare Pământul în doar 18,4 secunde. Folosind microscopul pe aceste particule minuscule, cercetătorii speră să facă noi descoperiri despre modul în care acestea se deplasează.

Cercetătorii și-au publicat descoperirile în jurnalul Science Advances.

Cum funcționează cel mai rapid microscop din lume?

„Acest microscop electronic de transmisie este ca o cameră foarte puternică în cea mai recentă versiune de telefoane inteligente; ne permite să facem poze cu lucruri pe care nu le puteam vedea înainte, precum electronii”, a declarat Mohammed Hassan, autor principal și profesor asociat de fizică și științe optice la Universitatea din Arizona (SUA).

„Cu acest microscop, sperăm ca comunitatea științifică să înțeleagă fizica cuantică din spatele modului în care se comportă un electron și cum se mișcă un electron”, continuă profesorul.

Modul în care electronii se aranjează și rearanjează în interiorul atomilor și al moleculelor este o curiozitate esențială atât în fizică, cât și în chimie, însă natura rapidă a acestor particule minuscule le face incredibil de dificil de studiat. Pentru a crea un timp de expunere capabil să surprindă mișcările electronilor, fizicienii au dezvoltat metode pentru a genera pulsuri minuscule de atosecunde (1 x 10^-18 secunde) la începutul anilor 2000, un progres care le-a adus oamenilor de știință care l-au realizat Premiul Nobel pentru Fizică în 2023.

Ce au putut face oamenii de știință cu noul microscop?

Reducând timpul de expunere al microscoapelor la scara câtorva atosecunde (o atosecundă fiind pentru o secundă ceea ce este o secundă pentru vârsta Universului), fizicienii au reușit să descifreze modul în care electronii transportă sarcina electrică, cum se comportă în semiconductori și în apa lichidă și cum se rup legăturile chimice dintre atomi. Dar chiar și scara de câteva atosecunde este prea mare pentru a captura mișcările individuale ale electronilor. Pentru a realiza acest lucru, fizicienii din spatele noului studiu au ajustat un „tun de electroni” până când acesta a produs un puls de doar o atosecundă, subliniază Live Science.

Aceste pulsuri lovesc „proba” studiată, iar pe măsură ce electronii trec prin ea, aceștia încetinesc și schimbă forma frontului de undă al fasciculului de electroni. Fasciculul încetinit este apoi mărit de o lentilă și lovește un material fluorescent care emite lumină când fasciculul ajunge pe el.

Prin asocierea pulsului de electroni cu două pulsuri de lumină sincronizate cu grijă (pentru a excita electronii din material în mișcare și pentru a asista la crearea pulsului de electroni), oamenii de știință au reușit să investigheze mișcările ultrarapide ale electronilor din interiorul atomilor.

„Reușim să obținem o rezoluție temporală de atosecunde cu microscopul nostru electronic de transmisie și am botezat acest lucru ‘attomicroscopie’. Pentru prima dată, putem vedea fragmente ale electronului în mișcare”, a spus Hassan.

Vă recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință au reușit imposibilul și au făcut unt din… aer

Recordul de „supremație cuantică”, depășit de 100 de ori de un nou computer cuantic

Revoluție în electronică: cercetătorii au anunțat o descoperire remarcabilă!

Umbrele se pot „mișca” mai rapid decât lumina. Sau nu?