Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, die Bewegung von Elektronen in einem Wasserstoffmolekül "einzufangen".
Eine Gruppe von Physikern aus verschiedenen Ländern unter der Leitung von Marc Vrakking vom Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik (Berlin, Deutschland) konnte die Bewegung von Elektronen in Molekülen mit einem Attosekundenlaser (10-18 Sekunden) "sehen". Impulse.
Attosekunde ist der milliardste Teil einer Milliardstel Sekunde. Während dieser Zeit legt Licht weniger als einen Millionstel Millimeter zurück, was der Größe eines kleinen Moleküls entspricht. Und wenn Laserpulse im Femtosekundenbereich (10-15 Sekunden) es ermöglichen, die Position von Molekülen und einzelnen Atomen zu verfolgen, dann konnten Wissenschaftler mit Hilfe eines Attosekundenlasers „Bilder“von Elektronen erh alten.
Die Aufmerksamkeit der Physiker richtete sich auf das Wasserstoffmolekül (H2), das nur aus zwei Protonen und zwei Elektronen besteht. Wissenschaftler haben den Prozess der Ionisierung beobachtet, bei dem eines der Elektronen aus dem Wasserstoffmolekül „herausgeschlagen“wird. Eines der Ziele der Studie war herauszufinden, wie die elektrische Ladung umverteilt wird und wie sich dies auf die Bewegung der Kerne nach der Ionisation des Moleküls auswirkt.
Während des Experiments verwendeten die Forscher die Pump-Probe-Methode. Es basiert auf der Verwendung von zwei Laserstrahlen: einem starken Pumpstrahl und einem schwachen Prüfstrahl. In diesem Fall war die Anregung ein Attosekunden-UV-Laserpuls, der auf ein Wasserstoffmolekül gerichtet wurde, um ihm ein Elektron zu entziehen. Um die Ergebnisse des Anregungspulses zu „lesen“, wurde ein Infrarot-Laserstrahl verwendet, der das Molekül in zwei Wasserstoffatome sp altete.
Durch Veränderung des Zeitintervalls zwischen Anregungs- und Sondierungspuls konnten sich die Wissenschaftler ein Bild davon machen, wie sich das verbleibende Elektron innerhalb des Molekülions bewegt und wie beide Elektronen das Verh alten der Kerne von Wasserstoffatomen beeinflussen. Die Attosekunden-Intervalle zwischen den "Frames" dieses "Videos" ermöglichten es, die Bewegungen von Elektronen zu verfolgen, die für Femtosekundenlaser zu "schnell" waren.
Die Kehrseite dieses Ansatzes ist, dass der Infrarotlaser keineswegs ein „passiver Beobachter“ist – er hilft nicht nur, die Dynamik des Moleküls zu verfolgen, sondern beeinflusst sie auch maßgeblich. Wissenschaftler erwarten, diesen "Eingriff" in späteren Experimenten zu eliminieren. Wrakking glaubt nicht, dass sie das Hauptziel ihrer Experimente erreicht haben. „Wir haben gerade eine weitere Tür geöffnet“, sagt er.
Studien haben jedoch bereits erste beeindruckende Ergebnisse geliefert. Wissenschaftler haben beispielsweise herausgefunden, dass der Prozess der Elektronenpaarung den Ionisationsprozess erheblich beeinflusst. Und die Born-Oppenheimer-Näherung, die besagt, dass Elektronen klein genug sind, um sich an die Bewegung von Kernen „anzupassen“, wird in der Praxis nicht erfüllt. Es wurde auch festgestellt, dass bei der Ionisation beide Elektronen angeregt werden, obwohl nur eines von ihnen anschließend das Molekül verlässt.
