A femtoszekundum jóformán elképzelhetetlenül rövid időtartamot jelöl, a másodperc egy billiomod (milliószor millió) részének ezrelékét. Az MIT professzorának, Franz Kaertnernek magyarázata szerint, egy femtoszekundum úgy aránylik egy másodperchez, mint egy másodperc 32 millió évhez, vagy ha más módon akarjuk elképzelni, akkor a következőképpen vizualizálhatjuk: a fénysebességgel utazó fény harminc centimétert tesz meg egy nanoszekundum alatt, egy femtoszekundum alatt pedig csak 300 nanométert halad (ez egy HEPA filteren még átjutó részecske méretét jelenti). Az atomok az energiát egymás között pedig ennek mindössze négyszázszorosával megegyező idő, 400 femtoszekundum alatt közvetítik egymásnak a legújabb megfigyelések szerint.

Ahhoz, hogy ilyen gyors energiaközlésre legyenek képesek a részecskék, ahhoz egy sajátos módszert alkalmaznak: buborékba öltöznek, hogy társaik lökdösődése ne zavarja őket a folyamat során. Az energia átadása egy labda passzolásához hasonlít a UConn (University of Connecticut) kutatói szerint: miközben az egyik atom a másiknak dobja a labdát/energiát, azt könnyen eltérítheti az eredeti céljától vagy legalábbis lelassíthatja a procedúrát a körülöttünk lévő tömeg mozgolódása. Ezt a negatív hatást elkerülendő az egymáshoz vonzódó részecskék buborékokat hoznak létre maguk körül, amelyen belül nyugodtan végezhetik a feladatukat. Ez teszi lehetővé a rendkívül gyors energiatranszfert is.

A UConn vezetésével, nemzetközi kollaborációban készült kísérletben a kutatók először egy úgynevezett szabad-elektron lézerrel gyorsítottak fel közel fénysebességre elektronokat, majd mágnesekkel hullámzásra bírták őket. Az elektronok ekkor rövid hullámhosszú fénysugarakat bocsátottak ki magukból. Ahhoz, hogy ezek gyorsaságát mérni tudják, egy második lézersugárra volt szükség, ezzel nyílt lehetőség annak detektálására, hogy a miniatűr buborékok milyen hatást gyakoroltak a folyamat sebességére. A gerjesztett atomok kiválasztásánál a lehető legegyszerűbb felépítésű atomokra, héliumokra esett a választás, mivel az egymáshoz kapcsolódó részecskék struktúrájában bekövetkező változásokat könnyebb megfigyelni, ha nem bonyolult szerkezetekről van szó, hanem átláthatóan egyszerű rendszerről. A kutatók szerint ilyen szemszögből nézve még a víz is komplex modellnek számít. A kísérlet bebizonyította, hogy a tömegtől való távolságtartás az atomok esetében kifizetődő és gyorsabban lezajló feladatmegoldáshoz vezet: a labda passzolása, vagyis az energia átadása annál is sebesebben zajlott, mint azt korábban feltételezték a kutatók, mindössze 400 femtoszekundumra volt szükség a héliumnak ahhoz, hogy a szomszédjával nyélbe üsse az "üzletet" és átadja neki energiáját.

Maga a megfigyelt energiatranszfer jelensége az úgynevezett atomok közötti coulombi bomlás (Interatomic Coulombic Decay) és a radioaktív sugárzásra adott reakció során is bekövetkezik, mikoris a szövetekben található atomok alacsonyabb energiaállapotú elektronokat hoznak létre az ionizáló sugárzás hatására. Mivel ez a folyamat károsítja az élő szöveteket, ezért a felfedezés fontos szerepet játszhat a sugárzás káros hatásainak felmérésében és kezelésében. A kutatók úgy gondolják, hogy a héliumatomok körül formálódó buborékokhoz hasonló védelmező struktúra jön létre a szövetekben található vízmolekulák vagy a fehérjék építőelemei között is.

Az elmúlt évek technológiai fejlődése lehetőséget adott rá, hogy a lehető leggyorsabban lezajló szubatomi események időtartamát is mérni tudják a fizikusok, így már nem csak a femtoszekundumos, hanem az annál is sebesebb, attoszekundumos megfigyelések előtt is megnyílt az út. Egy elektronnak körülbelül 150 attoszekundumba kerül, hogy megtegyen egy kört a proton körül a hidrogénatomban, az ETH Zürich intézetében pedig tavaly szeptemberben már sikerült ezen a nagyon rövid időskálán belül is méréseket végezni, a kutatók reményei szerint pedig az elkövetkező időszakban ezek a megfigyelések hozzájárulhatnak ahhoz, hogy a biokémiai folyamatokról még több és még pontosabb információkat szerezzenek a tudósok.

(Fotó: GettyImages/kottofei, Wikimedia Commons)

További cikkek a témában:

Másodpercenként 1 billió felvételt készít átlátszó objektumokról az ultragyors kamera Két éve sincs, hogy elkészült a világ leggyorsabb kamerája, de már meg is érkezett az újabb szenzáció, ami még a számunkra láthatatlan dolgokat is lencsevégre kapja.
Az amerikai hadsereg olyan lézerfegyvert épít, ami egymilliószor erősebb, mint az eddigiek A Tactial Ultrashort Pulse Laser működését tekintve olyan, mint egy gépfegyver, és valósággal elpárologtatja a célpontot.
Fizikusok megmérték az eddigi legrövidebb időtartamot Az eddigi legrövidebb időtartam fogalma épp most változott meg, amikor a frankfurti, berlini és hamburgi tudósok együttműködésében egy új rekord rövid időtartamot sikerült rögzíteni. Az új rekorder a zeptoszekundumok időtartományába esik.