Обычно электрону достаточно лишь 150 аттосекунд (10–18 с), чтобы облететь вокруг ядра. Такие быстрые процессы еще никто толком не успевал разглядеть. А именно движение электронов в атомах определяет химические взаимодействия, ход ионизации (отрыва электронов от своих атомов) и многие другие электронные процессы. Говоря начистоту, просчитать, например, квантовый процесс ионизации атома с приличным количеством электронов сегодня (да и в обозримом будущем) не под силу ни одному компьютеру. И хотя есть масса прекрасных упрощенных моделей, то как движется электрон, покидая атом, до конца неясно и сегодня.

Там, где бессильна теория, приходится ставить эксперимент. В своих опытах ученые освещали облако атомов гелия, помещенных в постоянное поле, импульсом фемтосекундного инфракрасного лазера. Его осциллирующее электромагнитное поле, "с точки зрения электронов", меняется медленно. Мощность импульса подбиралась так, чтобы напряженности поля еще не хватало для отрыва электронов от атомов, но было уже достаточно, чтобы активно манипулировать ими. Одновременно с инфракрасным лазером, строго один раз за период инфракрасной волны, атомы облучались серией одинаковых коротких и мощных аттоимпульсов, которые отрывали электроны сразу у нескольких атомов. В зависимости от того, в какой момент отрывался электрон, поле инфракрасного лазера либо уносило его от атома дальше, либо, наоборот, толкало его обратно. Оторванные и ускоренные электроны постоянным полем сносились к детектору, регистрировавшему карту распределения их скоростей. Накопив данные от многих ионизаций, ученые в результате получили ясную картину квантового состояния электронов, ионизированных в определенный момент действия инфракрасного поля. Поскольку серия аттоимпульсов порождала серию одинаковых электронных пакетов, можно считать, что процесс ионизации освещался как в стробоскопе.

Новая техника "съемок" позволяет изучать не только ионизацию атомов, но и процессы рассеяния электронов на нейтральных атомах и ионах, а также квантовые состояния атомов сразу после их ионизации. Теперь у теоретиков появилась прекрасная возможность проверить свои модели и лучше разобраться в сложных квантовых электронных процессах. ГА