Аттомикроскоп для наблюдения за сверхбыстрыми процессами

02.09.2024

Субатомный мир остается загадкой для науки не только из-за его крошечных размеров, но и из-за невероятной скорости происходящих в нем процессов. Физики из Университета Аризоны совершили прорыв, разработав самый быстрый в мире электронный микроскоп, способный фиксировать события, продолжающиеся всего одну квинтиллионную долю секунды.

Для того чтобы представить себе масштабы этой скорости, можно вспомнить, что хорошая фотокамера с выдержкой в миллисекунды способна сделать четкий снимок бегущего человека. Однако самые продвинутые технологии в мире, такие как просвечивающие электронные микроскопы, могут фиксировать движение электронов с разрешением в аттосекунды - невероятно короткие отрезки времени, равные одной квинтиллионной секунды. Чтобы лучше понять эту цифру, достаточно сказать, что в одной секунде столько же аттосекунд, сколько секунд в 31,7 миллиарда лет - времени, которое почти вдвое превышает возраст Вселенной.

До недавнего времени ученым удавалось сократить временные интервалы наблюдения до 43 аттосекунд. Это было признано "кратчайшим наблюдаемым событием, когда-либо созданным человечеством". Однако новый прорыв ученых из Аризоны позволил заморозить время на уровне всего одной аттосекунды, что дает уникальную возможность наблюдать за сверхбыстрыми процессами на атомном уровне.

Этот успех базируется на предыдущих исследованиях Пьера Агостини, Ференца Крауса и Анн Льюер, которые первыми смогли создать световые импульсы, достаточно короткие для измерения в аттосекундах. Именно за это достижение они были удостоены Нобелевской премии по физике в 2023 году.

Команда ученых, работающих над новым проектом, разработала устройство, названное аттомикроскопом. Процесс наблюдения начинается с того, что импульс ультрафиолетового света направляется на фотокатод, который высвобождает сверхбыстрые электроны внутри аттомикроскопа. Затем лазерный импульс разделяется на два луча, которые взаимодействуют с движущимися через микроскоп электронами. Один из этих лучей поляризован, и они приходят в разные моменты времени.

Эта техника позволила команде генерировать электронные импульсы продолжительностью всего в одну аттосекунду, что впервые дало возможность наблюдать сверхбыстрое движение электронов. Такой прибор открывает новые перспективы для исследований в квантовой физике, химии и биологии, позволяя изучать процессы, которые ранее были недоступны для науки.

"Мы все стремимся видеть движение электронов, и теперь, впервые, мы можем наблюдать часть электрона в движении", - отметил руководитель исследования Мохаммед Хассан.

Разработка аттомикроскопа открывает новые горизонты в изучении фундаментальных процессов на субатомном уровне, что может привести к значительным прорывам в различных областях науки.

"Мы все хотим видеть движение электронов. Впервые мы можем видеть часть электрона в движении", - отметил руководитель исследования Мохаммед Хассан.

<< Назад: Новая технология производства шоколада 02.09.2024

>> Вперед: Умный стайлер Dyson Airwrap 01.09.2024

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Главные механизмы долголетия раскрыты 25.02.2026 Старение человека долгое время оставалось загадкой, привлекая внимание биологов, генетиков и врачей. Понимание молекулярных процессов, которые регулируют старение, важно не только для продления жизни, но и для профилактики возрастных заболеваний. Недавние исследования американских ученых проливают свет на ключевой механизм, который может объяснять, почему наши тела стареют. Группа исследователей из Университета Майами изучала активность генов в тканях людей разных возрастов. Ученые обнаружили, что генетические программы, ответственные за поддержание здоровья и долголетия, функционируют лишь до среднего возраста. После определенного периода их активность снижается, что способствует ускоренному развитию возрастных нарушений. Одним из центральных факторов старения оказался белковый комплекс mTOR. Этот механизм регулирует рост клеток, обмен веществ и синтез белка, но с возрастом его работа перестает быть сбалансированной. Сильное включение mTOR в зрелом возрасте связано с повышенной склонностью к сердечно-сосудистым заболеваниям, диабету и другим хроническим состояниям. Помимо mTOR, важную роль играют митохондрии - "энергетические станции" клеток. В процессе работы они производят активные формы кислорода (ROS), которые при накоплении вызывают повреждение клеточных структур. Согласно исследованию, именно сочетание снижения регуляторных программ и накопления окислительного стресса провоцирует ускоренное старение организма после 50-60 лет. Ученые отмечают, что регуляция старения у человека значительно сложнее, чем у большинства других видов. Геном человека эволюционно был рассчитан на долгую жизнь, но эволюция не предусматривала, что продолжительность жизни современных людей превысит 50-60 лет. В результате молекулярные программы, предназначенные для поддержания здоровья, постепенно отключаются, что ведет к появлению возрастных патологий. Исследование также подчеркивает, что вмешательство в работу mTOR или уменьшение окислительного стресса в митохондриях может стать перспективным направлением для продления активного долголетия. Ученые рассматривают возможность разработки терапий, способных частично продлевать активность этих генетических программ. Старение человека связано не только с накоплением повреждений, но и с запрограммированным снижением активности ключевых биохимических систем после определенного возраста. Понимание этих процессов открывает путь к новым стратегиям профилактики возрастных заболеваний и увеличения продолжительности активной жизни.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026