Uma equipe chefiada pelo Prof. Dr. Frank Stienkemeier e Dr. Lukas Bruder do Instituto de Física da Universidade de Freiburg conseguiu observar em tempo real interferências quânticas ultrarrápidas - em outras palavras, os padrões de oscilação - de elétrons encontrados em as conchas atômicas de átomos de gases raros. Eles conseguiram observar oscilações com um período de cerca de 150 attossegundos - um attosegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo. Para este fim, os cientistas excitaram átomos de gases raros com pulsos de laser especialmente preparados. Em seguida, eles rastrearam a resposta dos átomos com uma nova técnica de medição que lhes permitiu estudar os efeitos da mecânica quântica em átomos e moléculas em uma resolução de tempo extremamente alta. Os pesquisadores apresentam seus resultados na última edição do Nature Communications .

Numerosas reações químicas, como a quebra de ligações em moléculas, são acionados pela absorção da luz. No primeiro instante após a absorção, a distribuição dos elétrons nas mudanças da camada atômica, influenciando significativamente o curso subsequente da reação. Essa alteração acontece de forma extremamente rápida; as escalas de tempo alcançam a faixa de attossegundos. Tecnologias espectroscópicas utilizadas anteriormente, que usam pulsos de laser visíveis, não são rápidos o suficiente para rastrear tais processos. Portanto, pesquisadores em todo o mundo estão atualmente desenvolvendo fontes de laser inovadoras e tecnologias espectroscópicas adequadas nas faixas de ultravioleta e raios-X.

A equipe de Stienkemeier estendeu uma tecnologia conhecida da faixa do espectro visível, espectroscopia de bomba-sonda coerente, na faixa ultravioleta. Esta é a faixa espectral entre a radiação de raios X e a luz ultravioleta. Para fazer isso, os cientistas prepararam uma sequência de dois pulsos de laser ultracurtos na faixa ultravioleta extrema no laser de elétrons livres FERMI em Trieste, Itália. Os pulsos eram separados por um intervalo de tempo precisamente definido e tinham uma relação de fase precisamente definida entre si. O primeiro pulso inicia o processo na camada de elétrons (processo de bomba). O segundo pulso investiga o status da camada de elétrons em um ponto posterior (processo de sonda). Ao alterar o intervalo de tempo e a relação de fase, os pesquisadores puderam chegar a conclusões sobre o desenvolvimento temporal na camada de elétrons. "O maior desafio era conseguir um controle preciso sobre as propriedades do pulso e isolar os sinais fracos, "explica Andreas Wituschek, quem estava encarregado do procedimento experimental.

Os físicos de Freiburg estudaram o gás raro argônio, entre outros. No argônio, o pulso da bomba causa uma configuração especial de dois elétrons dentro da camada atômica:esta configuração se desintegra, com um elétron deixando o átomo em um tempo muito curto e o átomo finalmente ficando para trás como um íon. Os pesquisadores conseguiram, pela primeira vez, observar a decadência temporal imediata da interferência quântica, como um elétron deixou o átomo. "Este experimento abre caminho para muitas novas aplicações no estudo de processos atômicos e moleculares após estimulação seletiva com radiação de alta energia na faixa ultravioleta extrema, "diz Bruder.