Os pesquisadores - por apenas uma fração de segundo - vislumbraram uma visão do mundo do olho de um elétron. Isso é, eles conseguiram pela primeira vez rastrear um elétron deixando a vizinhança de um átomo enquanto o átomo absorve luz. De uma forma semelhante a tirar "instantâneos" do processo, eles foram capazes de acompanhar como o momento único de cada elétron mudou durante o período de tempo incrivelmente curto que levou para escapar de seu átomo hospedeiro e se tornar um elétron livre.

No jornal Física da Natureza , os pesquisadores escrevem que seguir os elétrons em detalhes tão sutis constitui um primeiro passo para controlar o comportamento dos elétrons dentro da matéria - e, portanto, o primeiro passo em uma longa e complicada estrada que poderia levar à capacidade de criar novos estados da matéria à vontade.

Uma consequência imediata é que os pesquisadores agora podem classificar o comportamento da mecânica quântica dos elétrons de diferentes átomos, explicou o líder do projeto Louis DiMauro, Hagenlocker Chair e professor de física na The Ohio State University.

"Agora podemos olhar para um elétron e decifrar sua história inicial. Podemos perguntar como é diferente se ele veio de um átomo de hélio ou de um átomo de néon, por exemplo, " ele disse.

Mas o objetivo final dos pesquisadores é mapear os sistemas da mecânica quântica - que se aplicam ao mundo ultrapequeno - em uma escala muito maior para que possam, eventualmente, direcionar os movimentos das partículas subatômicas dentro de uma molécula.

"Se você pensar em cada foto que tiramos como um quadro de um filme, talvez um dia possamos parar o filme em um quadro específico e mudar o que acontece a seguir, digamos, cutucando um elétron com luz e mudando sua direção. Seria como entrar em uma reação química e fazer a reação acontecer de uma maneira diferente do que aconteceria naturalmente, "DiMauro disse.

Essencialmente, ele e o estudante de doutorado em física Dietrich Kiesewetter e seus colegas provaram que uma técnica de laboratório bem estabelecida para estudar elétrons livres poderia ser usada para estudar elétrons que ainda não são totalmente livres, mas sim no processo de saída de um átomo.

Os elétrons se comportam de maneira diferente quando podem sentir o puxão de forças subatômicas de um núcleo e elétrons vizinhos, e quanto mais longe eles se distanciam de um átomo, essas forças diminuem. Embora a libertação leve menos de um femtossegundo (um quatrilionésimo de segundo), este estudo mostra como o momento de um elétron muda muitas vezes ao longo do caminho à medida que ele perde contato com partes individuais do átomo. Essas mudanças ocorrem na escala de attossegundos (milésimos de um femtossegundo, ou quintilionésimos de segundo).

A técnica que os pesquisadores usaram é chamada RABBITT, ou reconstrução da batida de atossegundos por interferência de transições de dois fótons, e envolve atingir os átomos de um gás com luz para revelar informações da mecânica quântica. Já existe há quase 15 anos, e se tornou um procedimento padrão para estudar processos que acontecem em escalas de tempo muito curtas.

Nem todas as informações da mecânica quântica que vêm do RABBITT são utilizáveis, entretanto — ou, pelo menos, nem tudo era considerado utilizável até agora. É por isso que eles apelidaram sua versão da técnica RABBITT +.

"Estamos usando as informações que outras pessoas jogariam fora, a parte que vem de perto do núcleo do átomo, porque os dados sempre pareceram muito complexos para decifrar, "DiMauro disse." Desenvolvemos um modelo que mostra que podemos extrair algumas informações simples, mas importantes das informações mais complexas. "

DiMauro creditou a Robert Jones, o Professor de Física Francis H. Smith da Universidade da Virgínia, com a elaboração de elementos-chave do modelo que tornaram as informações úteis. Outros co-autores do artigo incluem Pierre Agostini, professor de física no estado de Ohio, e os ex-alunos de doutorado Stephen Schoun e Antoine Camper, que já se formaram.