Соответствующий метод уже предложен, но его реализации на практике пока мешает отсутствие подходящего лазера, хотя работа над последним, что называется, кипит.

Ультрабыстрые импульсы излучения — основа метода двухимпульсной фемтосекундной спектроскопии, в которой первый — короткий, но сравнительно мощный — накачивающий лазерный импульс даёт молекуле или атому достаточную энергию для начала химической реакции, а второй — зондирующий — сталкивается с уже начавшими, но ещё не успевшими закончить реакцию частицами и тем самым позволяет буквально отследить химическую реакцию на лету.

Рис. 1. Применяемый сегодня вариант такой спектроскопии (вверху) может использовать лишь ту часть электронов, которая выбрала первый путь (верхняя петля). Новый подход позволяет задействовать также электроны, не сразу сталкивающиеся с ядрами атомов (сняя петля внизу).(Иллюстрация Carlos Hernández-García et al).

Однако у этого метода есть ограничения. Чем быстрее протекает химическая реакция, тем короче должны быть импульсы и пауза между ними. Когда импульс имеет длину в несколько сот аттосекунд, в облучаемом им облачке атомов электрические поля сразу всех частиц почти одновременно испытывают сходные колебания. При этом часть электронов, имеющих отрицательный заряд, на несколько нанометров удаляется от ядер своих атомов. При обращении фазы лазерного излучения электрическое поле в облучаемом облачке меняет направление на противоположное, а электроны, напротив, начинают сближаться с ядрами «родительских» атомов. Часть электронов сталкивается с ядрами и преобразует свою кинетическую энергию в неожиданную вспышку широкополосного рентгеновского излучения.

Однако многие электроны с ядром не сталкиваются, избегая участия в процессе, который заканчивается вспышкой излучения.

Карлос Эрнандес-Гарсия (Carlos Hernández-García) вместе с коллегами по Саламанкскому университету (Испания) попробовал применить такие «бесполезные электроны». Причём теоретически учёные даже знают способ, как эти электроны могут быть использованы для генерации зептосекундных импульсов излучения — значительно более коротких, чем нынешние импульсы, регистрируемые двухимпульсной фемтосекундной спектроскопией.

Основная идея заключается в том, что при вторичном обращении направления электрического поля в облучаемом облачке атомов электроны, в первый раз «промахнувшиеся» мимо ядер своих атомов, всё ещё могут столкнуться с ними. При этом электроны, попавшие в цель со второй попытки, будут порождать рентгеновское излучение слегка другой длины волны, что позволит наблюдателю отделить одни электроны от других.

Ещё более важно то, что электроны второй волны попаданий будут сталкиваться с ядрами быстрее. Следовательно, любой аттосекундный импульс породит целую цепочку рентгеновских микровспышек, каждая из которых продлится всего несколько сотен зептосекунд.

Хотя в работе было показано, как генерировать импульсы, отделяющиеся друг от друга по меньшей мере 800 зептосекундами, на практике, полагают исследователи, достижимы и куда меньшие промежутки, причём нижний предел временного разрешения такой техники для них самих пока остаётся неясным.

Одним из ограничений, не позволившим пока реализовать этот подход экспериментально, называются существующие короткоимпульсные лазеры — инфракрасные, но со слишком малой длиной волны. Для инициации в обстреливаемых атомах более коротких процессов длина волны должна быть увеличена, ради чего авторы запланировали создание ИК-лазера с требуемыми параметрами.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.