Đóng băng các electron đang chuyển động

Sử dụng những xung laser nhanh nhất thế giới, các nhà vật lí ở trường Đại học Arizona đã chụp được ảnh thời khắc những phân tử vỡ ra và các electron bị đánh bật ra khỏi nguyên tử. Nghiên cứu của họ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn những quá trình phân tử và cuối cùng có thể điều khiển chúng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Bộ ảnh “Ngựa phi nước đại” nổi tiếng của Eadweard Muybridge đã đánh dấu sự ra đời của ngành nhiếp ảnh tốc độ cao.

Vào năm 1878, một bộ ảnh chụp nay đã trở thành biểu tượng đã giải quyết tức thời một bí ẩn dai dẳng: Một con ngựa đang phi nước đại có phải lúc nào cũng có chân chạm đất hay không? (Câu trả lời là không). Những ảnh chụp của Eadweard Muybridge tại một trường đua ngựa đã đánh dấu sự ra đời của ngành nhiếp ảnh tốc độ cao.

Gần 134 năm sau, các nhà nghiên cứu ở khoa vật lí, trường Đại học Arizona vừa giải được một bí ẩn tương tự, trong đó các phân tử oxygen siêu kích thích thay thế cho con người, và những xung laser năng lượng cao, cực nhanh thay thế cho những tấm phim nhũ tương của Muybridge.

Sử dụng những xung sáng tử ngoại kéo dài 0,0000000000000002 giây – tức 200 phần tỉ tỉ của một giây – Arvinder Sandhu và đội của ông đã làm đóng băng sự tác dụng nhanh đến mức không thể tưởng tượng xảy ra sau khi các phân tử oxygen bị hạ gục bởi năng lượng cao trong khoảng thời gian hết sức ngắn.

Nhóm của Arvinder Sandhu (phải) đã khai thác những xung laser nhanh nhất thế giới để chụp ảnh những quá trình cực nhanh, ví dụ như các phản ứng hóa học.

Việc quan sát những hiện tượng cực ngắn ở các nguyên tử và phân tử đang ngày trở nên quan trọng khi các nhà khoa học đang cố gắng hiểu rõ hơn các quá trình lượng tử ở cấp độ electron, và cuối cùng là điều khiển những quá trình đó để thiết kế ra những nguồn sáng mới, lắp ráp những phân tử mới, hoặc chế tạo những dụng cụ điện tử cực nhanh mới, trong số vô vàn những ứng dụng khác.

Trong khi nhóm của Sandhu không hề giữ kỉ lục thế giới cho sự tạo ra những xung sáng ngắn nhất, nhưng đây là nhóm đi tiên phong sử dụng chúng làm công cụ để giải quyết nhiều câu hỏi khoa học chưa được trả lời.

Thành tựu mới nhất của nhóm, công bố trên tạp chí Physical Review Letters, là một bộ ảnh chụp nhanh trực tiếp cái xảy ra với một phân tử oxygen khi nó nổ tung ra sau khi hấp thụ quá nhiều năng lượng để duy trì liên kết bền giữa các nguyên tử của nó.

Việc có thể phân giải những quá trình phân tử ở cấp độ thời gian ngắn như thế giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn cơ chế động lực học vi mô của sự hình thành và phân hủy của tầng ozone trong khí quyển Trái đất, chẳng hạn.

Tham khảo: arxiv.org/abs/1207.4740

123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: Đại học Arizona