Международному коллективу учёных с участием сотрудника НИИЯФ МГУ удалось кардинально улучшить разрешение по времени в экспериментах на лазерах на свободных электронах с помощью новой техники. Открытие учёных позволит проводить эксперименты нового класса в области физики, химии и биологии.

Статья опубликована 18 января в журнале Nature Physics.

Рентгеновские лазеры на свободных электронах (РЛСЭ) создают интенсивные фемтосекундные рентгеновские импульсы уже более десятилетия. Совсем недавно даже более короткие, аттосекундные импульсы были достигнуты на РЛСЭ, ещё более укрепляя важность этих установок для исследований сверхбыстрых процессов.

Одно из наиболее обещающих приложений РЛСЭ – исследования в биологии, где учёные могут получать изображения атомных масштабов даже до того, как радиационные повреждения разрушат образец. В физике и химии эти рентгеновские лучи также могут пролить свет на самые быстрые процессы, происходящие в природе, регистрируя их со временем срабатывания «затвора» всего в одну фемтосекунду, эквивалентную одной миллионной части биллионной доли секунды.

Однако на таких сверхмалых временных масштабах чрезвычайно трудно синхронизировать рентгеновский импульс, вызывающий реакцию в образце, с одной стороны, и лазерный импульс, «считывающий» её результат, с другой стороны. Эта проблема синхронизации, которая получила название «временной джиттер», дрожание, является главным барьером на пути попыток улучшить временное разрешение в исследованиях зависимости ультракоротких процессов от времени на РЛСЭ.

Большая интернациональная группа учёных из многих институтов Германии, Швейцарии и семи других стран, включая Научно-исследовательский институт Ядерной Физики (НИИЯФ МГУ), разработала метод, позволяющий обойти эту проблему для РЛСЭ, и продемонстрировала его эффективность при измерении фундаментальных процессов распада атомов неона.