Κάτι που συμβαίνει σε 30 φεμτοδευτερόλεπτα — και μπορεί να αλλάξει τα πάντα

Ρίξε μια ματιά σε αυτό: επιστήμονες κατάφεραν να παρατηρήσουν κάτι που διαρκεί μόλις 30 φεμτοδευτερόλεπτα.

Φεμτοδευτερόλεπτο; Τι είναι αυτό;

Ας το σπάσω σε κομμάτια. Ένα φεμτοδευτερόλεπτο είναι το ένα τετράκις εκατομμύριο του δευτερολέπτου. Δηλαδή 0.000000000000001 δευτερόλεπτα. Γράψε το σε χαρτί αν θες. Είναι τρελά, απίστευτα γρήγορο.

Τι κοίταγαν οι ερευνητές;

Μια ομάδα από το Τόκιο, το Πανεπιστήμιο Tohoku και το Nagoya Institute of Technology μελετούσε κάτι που ονομάζεται μεταλλοργανικό πλαίσιο — MOF για συντομία.

Φαντάσου ένα μικροσκοπικό κτίριο φτιαγμένο από μεταλλικά ιόντα και οργανικά μόρια. Σαν ένα σετ LEGO σε ατομικό επίπεδο. Και αυτά τα υλικά έχουν κάτι ενδιαφέρον: όταν τα χτυπάει φως, αλλάζουν.

Σκέψου το σαν να ήπιες καφέ versus χαμομήλι. Ίδιο σώμα, εντελώς διαφορετική συμπεριφορά.

Αυτό που ήθελαν να μάθουν οι επιστήμονες ήταν: πώς ακριβώς γίνεται αυτή η αλλαγή;

Το πρόβλημα: Γίνεται σε απίστευτη ταχύτητα

Οι πρώτες στιγμές μετά το φως διαρκούν φεμτοδευτερόλεπτα. Εκατομμυριοστά του δισεκατομμυριστού του δευτερολέπτου.

Φαντάσου να προσπαθείς να φωτογραφίσεις κάτι τόσο γρήγορο. Καλή τύχη.

Αλλά αυτή η ομάδα τα κατάφερε. Χρησιμοποίησαν υπερταχεία φασματοσκοπία λέιζερ με παλμούς των 6 φεμτοδευτερολέπτων. Ουσιαστικά, τράβηξαν φωτογραφίες με απίστευτη ταχύτητα.

Η ανακάλυψη: Ένα κρυφό ενδιάμεσο βήμα

Εδώ γίνεται ενδιαφέρον.

Όταν το MOF απορρόφησε το φως, συνέβη κάτι απροσδόκητο: δημιουργήθηκε μια παροδική ενδιάμεση κατάσταση. Δεν την είχε δει κανείς ποτέ πριν.

Κατά τη διάρκεια αυτής της στιγμής, οι ηλεκτρονικοί δεσμοί μεταξύ γειτονικών θέσεων άρχισαν να εναλλάσσονται. Σκέψου το κύμα στο γήπεδο — αλλά σε ατομικό επίπεδο. Οι δεσμοί δυνάμωναν, αδυνάτιζαν, δυνάμωναν ξανά.

Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτό κατάσταση κύματος δεσμικής τάξης.

Και μετά; Σχεδόν αμέσως, τα ίδια τα άτομα άρχισαν να μετατοπίζονται. Αυτές οι μικροσκοπικές αλλαγές οδήγησαν στη δημιουργία της τελικής κρυφής κατάστασης.

Συνολικά; Μόλις 30 φεμτοδευτερόλεπτα.

Για εμάς είναι ακαριαίο. Στον κόσμο της ατομικής φυσικής, όμως, είναι αρκετός χρόνος για να παίξει όλη αυτή η αλληλουχία.

Γιατί να σε νοιάζει;

Ναι, ξέρω. Κάτι για επιστήμονες, σωστά;

Όχι ακριβώς.

Η κρυφή κατάσταση που σχηματίστηκε φαίνεται να είναι πολική. Αυτό σημαίνει ότι οι θετικές και αρνητικές ηλεκτρικές φορτίσεις κατανέμονται άνισα. Αν οι ερευνητές μάθουν να δημιουργούν και να ελέγχουν αυτές τις πολικές καταστάσεις με φως...

Περίμενε.

Ελέγχουμε υλικά με φως. Όχι με θερμότητα. Όχι με πίεση. Με φως.

Αυτό μπορεί να σημαίνει:

• Ηλεκτρονικά υψηλής ταχύτητας που ανταποκρίνονται σε εντολές φωτός
• Οπτοηλεκτρονικές συσκευές που θα αλλάξουν τον τρόπο που φτιάχνουμε υπολογιστές και αισθητήρες
• Φωτοευαίσθητα υλικά που αλλάζουν όπως ακριβώς θέλουμε

Η μεγάλη εικόνα

Αυτό που με ενθουσιάζει δεν είναι μόνο η ανακάλυψη. Είναι η μέθοδος.

Οι επιστήμονες αυτοί δημιούργησαν ένα εργαλείο που μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλα υλικά. Μπορούν να δουν βήματα που πριν ήταν αόρατα.

Όπως είπε ο επίκουρος καθηγητής Tadahiko Ishikawa, επικεφαλής της έρευνας: «Αποκαλύπτοντας ενδιάμεσες καταστάσεις, η μέθοδός μας μπορεί να βοηθήσει στο σχεδιασμό υλικών που θα ελέγχονται αποτελεσματικά με φως».

Δεν είναι απλά ωραία επιστήμη. Είναι μια πόρτα σε έναν εντελώς νέο τρόπο σχεδιασμού υλικών.

Τελειώνοντας

Δεν θα πω ότι καταλαβαίνω πλήρως την κβαντομηχανική αυτών των μετασχηματισμών. Κανείς δεν καταλαβαίνει — όχι εντελώς.

Αλλά εδώ είναι το νόημα. Ανακαλύπτουμε ακόμα κρυφά βήματα που συμβαίνουν στη φύση. Στάδια που κρύβονται πριν τα μάτια μας — ή τα όργανά μας — προλάβουν να τα πιάσουν.

Αυτή η έρευνα μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση του πώς αλληλεπιδρούν φως και ύλη στο πιο θεμελιώδες επίπεδο.

Και ποίος ξέρει; Ίσως μια μέρα οι υπερταχείες συσκευές στο σπίτι σου να υπάρχουν επειδή κάποιος αποφάσισε να μελετήσει τι συμβαίνει σε 30 φεμτοδευτερόλεπτα.

Μερικές φορές οι πιο μικρές ανακαλύψεις φέρνουν τις πιο μεγάλες αλλαγές.