Единственный способ увидеть самое быстрое — заморозить его почти до абсолютного нуля

Впервые учёным удалось в реальном времени отследить, как отдельные атомы объединяются в кластер и какие процессы при этом происходят. Команда под руководством Маркуса Коха из Института экспериментальной физики Технического университета Граца провела уникальный эксперимент , в котором наблюдала образование кластера из атомов магния с точностью до фемтосекунд.

Чтобы добиться такой точности, исследователи сначала изолировали атомы магния при помощи сверхтекучего гелия, а затем запустили процесс образования кластера с помощью лазерного импульса. Именно гелий при температуре всего 0,4 Кельвина — то есть чуть выше абсолютного нуля — сыграл ключевую роль. Он выступил в роли своеобразного "нано-холодильника", удерживая атомы на микроскопическом расстоянии друг от друга и не давая им преждевременно соединяться.

В обычных условиях атомы магния моментально формируют прочные связи, из-за чего практически невозможно зафиксировать момент начала химической реакции. Сверхтекучий гелий решил эту проблему, создав стабильную стартовую конфигурацию. Как пояснил участник проекта Михаэль Штадльхофер, именно с неё учёные и запустили процесс слияния атомов при помощи лазера .

Второй лазерный импульс ионизировал образующиеся кластеры, позволяя фиксировать происходящее с помощью фотоэлектронной и фотоионной спектроскопии. Полученные данные помогли в деталях восстановить путь образования кластеров и распределение энергии между атомами.

Одним из главных открытий стало наблюдение так называемого эффекта энергетической концентрации. При объединении атомы передают энергию от первого импульса одному из них, усиливая его возбуждение. Это первый случай, когда такое явление удалось зафиксировать с временным разрешением.

Исследователи надеются, что подобный метод работы с изолированными атомами подойдёт и для других элементов. А обнаруженные процессы перераспределения энергии могут найти применение в таких областях, как фотомедицина или солнечная энергетика.