En atom består av en positivt laddad kärna och ett antal negativt laddade elektroner. Laddningarna balanserar varandra så att atomen som helhet är neutral. Tar man bort eller lägger till en eller flera elektroner från atomen blir den laddad och kallas då för en jon.
Att joner kan bildas när man till exempel belyser atomer med tillräckligt kortvågigt, det vill säga energirikt, ljus är känt sedan lång tid tillbaka. Processen som frigör en elektron förklarades av Einstein redan 1905, men när två eller fler elektroner samordnar sin flykt blir det svårare att beskriva. Inte förrän de senaste åren har forskarna haft tillgång till mätmetoder som är så exakta att de kan följa det snabba förloppet.
– Tidsskalan för elektronernas rörelse är attosekunder. Sju attosekunder förhåller sig till en sekund som en sekund till jordens ålder, säger Mathieu Gisselbrecht, fysikforskare vid Lunds universitet.
I den aktuella studien belyser forskarna grundämnet xenon (Xe) med en serie laserpulser som skapas vid högeffektlaserlaboratoriet i Lund och som var och en är fyrahundra attosekunder lång. Två elektroner kastas ut från xenonatomerna och Xe2+ joner bildas. Forskarna kan följa hela processen som en följd av ögonblicksbilder.
– Vårt experiment ger oss för första gången möjlighet att studera en sådan samordnad rörelse av två elektroner i ett material, detta har intresserat forskarna sedan upptäckten av gasurladdningslampan och är centralt i förståelsen av kemiska reaktioner, säger Mathieu Gisselbrecht.
Resultatet kan få betydelse för flera olika tillämpningar. Hur kemiska ämnen växelverkar med ljus i så kallade fotorektioner är intressant inom till exempel materialvetenskap och biologi.
– En bättre förståelse för fotoreaktioner är viktig för att kunna förbättra till exempel omvandling av ljus till elektrisk ström, säger Mathieu Gisselbrecht.
Studien är ett samarbete mellan forskare från avdelningarna för Synkrotronljusfysik och Atomfysik vid Lunds Universitet, Stockholms universitet och Canberras universitet i Australien.
Emelie Hilner