Un equipo encabezado por el Prof. Dr. Frank Stienkemeier y el Dr. Lukas Bruder del Instituto de Física de la Universidad de Friburgo ha logrado observar en tiempo real interferencias cuánticas ultrarrápidas (en otras palabras, los patrones de oscilación) de los electrones que se encuentran en las capas atómicas de átomos de gas raros. Se las arreglaron para observar oscilaciones con un período de aproximadamente 150 attosegundos; un attosegundo es una mil millonésima de mil millonésima de segundo. Para tal fin, los científicos excitaron átomos de gas raros con pulsos de láser especialmente preparados. Luego, rastrearon la respuesta de los átomos con una nueva técnica de medición que les permitió estudiar los efectos de la mecánica cuántica en átomos y moléculas con una resolución de tiempo extremadamente alta. Los investigadores presentan sus resultados en la última edición de Comunicaciones de la naturaleza .

Numerosas reacciones químicas, como la ruptura de enlaces en moléculas, son provocadas por la absorción de luz. En el primer instante después de la absorción, la distribución de los electrones en la capa atómica cambia, influyendo significativamente en el curso posterior de la reacción. Esta alteración ocurre extremadamente rápido; las escalas de tiempo alcanzan el rango de attosegundos. Tecnologías espectroscópicas utilizadas anteriormente, que utilizan pulsos de láser visibles, no son lo suficientemente rápidos para rastrear tales procesos. Por eso, investigadores de todo el mundo están desarrollando actualmente fuentes láser innovadoras y tecnologías espectroscópicas adecuadas en los rangos ultravioleta y de rayos X.

El equipo de Stienkemeier ha ampliado una tecnología conocida del rango del espectro visible, espectroscopia coherente de bomba-sonda, en la gama ultravioleta. Este es el rango espectral entre la radiación de rayos X y la luz ultravioleta. Para hacer esto, los científicos prepararon una secuencia de dos pulsos láser ultracortos en el rango ultravioleta extremo en el láser de electrones libres FERMI en Trieste, Italia. Los pulsos estaban separados por un intervalo de tiempo definido con precisión y tenían una relación de fase definida con precisión entre sí. El primer pulso inicia el proceso en la capa de electrones (proceso de bombeo). El segundo pulso sondea el estado de la capa de electrones en un punto posterior (proceso de sonda). Al alterar el intervalo de tiempo y la relación de fase, los investigadores pudieron llegar a conclusiones sobre el desarrollo temporal en la capa de electrones. "El mayor desafío fue lograr un control preciso sobre las propiedades del pulso y aislar las señales débiles, "explica Andreas Wituschek, quien estuvo a cargo del procedimiento experimental.

Los físicos de Friburgo estudiaron el raro gas argón, Entre otros. En el argón, el pulso de bombeo causa una configuración especial de dos electrones dentro de la capa atómica:esta configuración se desintegra, con un electrón abandonando el átomo en muy poco tiempo y el átomo finalmente quedando atrás como un ion. Los investigadores lograron por primera vez observar la desintegración temporal inmediata de la interferencia cuántica, como un electrón salió del átomo. "Este experimento allana el camino para muchas aplicaciones nuevas en el estudio de procesos atómicos y moleculares después de la estimulación selectiva con radiación de alta energía en el rango ultravioleta extremo, "dice Bruder.