Zacznijmy jednak od tego, co przesądziło o ostatecznym sukcesie. Było to skrzyżowanie dwóch niezwykle krótkich impulsów laserowych i stworzenie w ten sposób trójwymiarowego pola świetlnego. Takie podejście okazało się przełomowe, wszak dotychczas eksperymenty z wykorzystaniem światła pozwalały kontrolować elektrony przede wszystkim za pomocą pól, których oscylacje zachodziły w określonych kierunkach.
Czytaj też: Najnowsza obserwacja wywraca nadprzewodnictwo do góry nogami. Fizycy zobaczyli ducha
Niemieccy badacze znaleźli natomiast sposób na stworzenie pola, które zmienia się we wszystkich trzech wymiarach przestrzeni. Wykorzystali do tego dwa wspomniane, specjalnie ukształtowane impulsy femtosekundowe o różnych kolorach. Skierowali je na jeden punkt z różnych kierunków, a w miejscu ich przecięcia pola elektryczne obu wiązek połączyły się, tworząc strukturę przestrzenną, której właściwości można było kontrolować.
Wyniki przeprowadzonych eksperymentów powinny w przyszłości pomóc między innymi w badaniu cząsteczek chiralnych oraz dokładniejszym kontrolowaniu oddziaływań światła z materią. Miejmy przy tym na uwadze fakt, iż Impulsy femtosekundowe trwają zaledwie kilka milionowych części jednej miliardowej sekundy. Tak krótki czas pozwala obserwować procesy zachodzące w materii na skalach, na których zwykłe metody pomiarowe są bezradne. Dzięki zastosowanej technice fizycy byli w stanie selektywnie wzbudzać elektrony w atomach potasu do wyższych stanów energetycznych, a następnie uwalniać je z atomów. Co istotne, część uzyskanych stanów kwantowych wyłaniała się z teoretycznych przewidywań, lecz brakowało twardych dowodów na ich istnienie.
Badacze byli również w stanie śledzić zmiany stanów elektronowych w bardzo krótkich odstępach czasu. Ich strategia działa więc podobnie do ultraszybkiej kamery: zamiast pojedynczego obrazu otrzymują kolejne migawki, z których można odtworzyć ewolucję układu kwantowego. Dzięki temu możliwe staje się nie tylko uzyskiwanie określonych stanów elektronów, ale także obserwowanie ich zmian w czasie.
Naukowcy przyznają, iż jednym z najbardziej interesujących zastosowań ich metody może być badanie chiralności molekuł. Cząsteczki chiralne występują w dwóch formach będących swoimi lustrzanymi odbiciami, których nie można nałożyć na siebie – podobnie jak lewej i prawej dłoni. Takie różnice mają ogromne znaczenie w biologii i medycynie, ponieważ dwie lustrzane formy tej samej substancji mogą wykazywać zupełnie inne właściwości. Chiralne są między innymi aminokwasy, węglowodany oraz niektóre substancje czynne leków.
Czytaj też: Kwantowy Internet potrzebuje identycznych posłańców. Naukowcy właśnie zbliżyli się do celu
Być może najbardziej obiecujący jest fakt, że również trójwymiarowe pola świetlne mogą posiadać właściwości chiralne. Oznacza to możliwość wykorzystania ich do precyzyjnego rozróżniania i badania lustrzanych form molekuł. Sami zainteresowani podkreślają jednak, iż na tym etapie jest to przede wszystkim perspektywa dalszych badań, a nie gotowa metoda diagnostyczna czy przemysłowa. Szczegółowe ustalenia w tej sprawie są dostępne w Physical Review Research.
Źródło: Physical Review Research
