Los investigadores, por sólo una fracción de segundo, han vislumbrado una visión del mundo a ojos de un electrón. Es decir, han logrado por primera vez rastrear un electrón que abandona la vecindad de un átomo cuando el átomo absorbe luz. De una manera similar a tomar "instantáneas" del proceso, pudieron seguir cómo cambiaba el impulso único de cada electrón durante el período de tiempo increíblemente corto que tardó en escapar de su átomo anfitrión y convertirse en un electrón libre.

En el diario Física de la naturaleza , los investigadores escriben que seguir a los electrones con un detalle tan fino constituye un primer paso hacia el control del comportamiento de los electrones dentro de la materia y, por lo tanto, el primer paso en un camino largo y complicado que eventualmente podría conducir a la capacidad de crear nuevos estados de materia a voluntad.

Una consecuencia inmediata es que los investigadores ahora pueden clasificar el comportamiento mecánico cuántico de los electrones de diferentes átomos, explicó el líder del proyecto Louis DiMauro, Catedrático Hagenlocker y profesor de física en la Universidad Estatal de Ohio.

"Ahora podemos mirar un electrón y descifrar su historia temprana. Podemos preguntarnos en qué se diferencia si proviene de un átomo de helio o de un átomo de neón, por ejemplo, " él dijo.

Pero el objetivo final de los investigadores es mapear los sistemas de mecánica cuántica, que se aplican al mundo ultrapequeño, a una escala mucho mayor para que eventualmente puedan dirigir los movimientos de las partículas subatómicas dentro de una molécula.

"Si piensas en cada instantánea que tomamos como un fotograma de una película, tal vez algún día podamos detener la película en un fotograma en particular y cambiar lo que sucede a continuación, digamos, pinchando un electrón con luz y cambiando su dirección. Sería como entrar en una reacción química y hacer que la reacción suceda de una manera diferente a la que sucedería naturalmente. DiMauro dijo.

Esencialmente, él y el estudiante de doctorado en física Dietrich Kiesewetter y sus colegas han demostrado que una técnica de laboratorio bien establecida para estudiar electrones libres podría usarse para estudiar electrones que aún no están completamente libres, sino más bien en el proceso de salir de un átomo.

Los electrones se comportan de manera diferente cuando pueden sentir el tirón de las fuerzas subatómicas de un núcleo y los electrones vecinos, y cuanto más se alejan de un átomo, esas fuerzas disminuyen. Aunque liberarse toma menos de un femtosegundo (una cuadrillonésima parte de un segundo), Este estudio muestra cómo el impulso de un electrón cambia muchas veces a lo largo del camino a medida que pierde contacto con partes individuales del átomo. Esos cambios tienen lugar en la escala de attosegundos (milésimas de femtosegundo, o quintillonésimas de segundo).

La técnica que utilizaron los investigadores se llama RABBITT, o Reconstrucción de latidos de attosegundos interfiriendo transiciones de dos fotones, e implica golpear los átomos de un gas con luz para revelar información de la mecánica cuántica. Ha existido durante casi 15 años, y se ha convertido en un procedimiento estándar para estudiar procesos que ocurren en escalas de tiempo muy cortas.

No toda la información de la mecánica cuántica que proviene de RABBITT es utilizable, sin embargo, o por lo menos, no se pensaba que todo fuera utilizable hasta ahora. Por eso han bautizado su versión de la técnica RABBITT +.

"Estamos usando la información que otras personas desecharían, la parte que viene de cerca del núcleo del átomo, porque los datos siempre parecían demasiado complejos para descifrarlos, DiMauro dijo. "Desarrollamos un modelo que muestra que podemos extraer información simple pero importante de la información más compleja".

DiMauro le dio crédito a Robert Jones, el profesor de física Francis H. Smith en la Universidad de Virginia, con la elaboración de elementos clave del modelo que hicieron que la información fuera útil. Otros coautores del artículo incluyen a Pierre Agostini, profesor de física en el estado de Ohio, y los ex estudiantes de doctorado Stephen Schoun y Antoine Camper, que se han graduado desde entonces.