この画像を大きなサイズで見るアリゾナ大学の物理学者チームによって、世界最速の電子顕微鏡が開発されたそうだ。その顕微鏡はわずか1アト秒、すなわち100京分の1秒の出来事を捉えることができる。
この「アト秒顕微鏡（attomicroscope）」によって、いよいよ人類は電子の動きを観察できるようになる。
それはいずれ物理学・化学・生体工学・材料科学など、さまざまな分野に革新的な成果をもたらすだろうと期待されている
100京分の1秒のフラッシュで世界最速
目には見えない小さな物を観察したいのならば、顕微鏡を覗き込めばいい。だが普通の顕微鏡では手に負えないもっと小さな世界を観察するなら、電子顕微鏡の出番となる。
電子顕微鏡は、肉眼で見える可視光のかわりに、電子のビームを当てることで観察対象を拡大する。
観察対象にぶつかった電子は、その表面や内部で散乱するので、これをセンサーでとらえて画像に変換する。
電子が可視光よりも小さな世界を見せてくれるのは、その波長が可視光よりも短いからだ。
この画像を大きなサイズで見るだがミクロの世界の動きをくわしく観察するには、まだまだ性能が足りていない。それは、光で照らす時間が長すぎるカメラのフラッシュにも似ているだろう。
フラッシュは被写体をピカッと一瞬照らして、カメラが撮影しやすいよう手助けする。
だがあまりにも動きの速い（しかも極小の）物体を撮影するなら、その一瞬が長すぎる。長すぎるフラッシュでは、ぶれて何が写っているのかさっぱりわからない。
物理学者が観察したいと願う電子は、そんな圧倒的に速いものだ。そのスピードはたった1秒で、この地球を何周もしてしまうくらいに速い。
その振る舞いを観察するには、一瞬にも満たないほんの一瞬だけ照らせるフラッシュが必要になる。
電子顕微鏡のこれまでの最短記録は、43アト秒だ。ちなみにアト秒とは100京分の1秒のこと。アリゾナ大学の研究チームが実現したのは、これをさらに上回る前代未聞の1アト秒光パルスだ。
これによって、人類はついに電子の動きすら観察できるようになった。
この画像を大きなサイズで見る各研究分野に革新を起こす
アト秒顕微鏡は、ピエール・アゴスティーニ氏らが考案したアト秒物理学（同氏らは、これで2023年にノーベル賞を受賞した）がベースになったもので、強力なレーザーを2本に分けることで機能する。
そのうち1本は紫外線ビームを発生させ、それによって観察対象に電子を放出する。
もう1本のレーザーは、さらに2本に分割される。1つは、「ポンプパルス」と呼ばれるもので、観察対象にエネルギーを与え、電子の移動といった急速な変化を引き起こさせる。
もう1本は「光学ゲーティングパルス」と呼ばれ、ゲートのように機能する。このゲートのタイミングが、1アト秒の電子パルスを作り出すキモとなる。
これらのパルスを緻密にシンクロさせることで、電子パルスが観察対象を探るタイミングを制御し、原子レベルの超高速プロセスを観察することが可能になる。
この「アト秒顕微鏡」は、極小世界で起きるアト秒単位の現象を捉えることができる。それによって電子の振る舞いが解明されれば、いずれは物理学・化学・材料科学・生体工学など、さまざまな分野で革新的な成果をもらたすだろうと期待されている。
研究チームを率いたアリゾナ大学のモハメド・ハッサン氏は、「ついに動いている電子の一部を見られるようになったのです」と、プレスリリースで語っている。
この研究は『Science Advances』（2024年8月21日付）に掲載された。
References: Freeze-frame: U of A researchers develop microscope that can see electrons in motion | University of Arizona News / Scientists Develop World's Fastest Microscope — It's So Fast It Can Capture Electrons Moving
粒子か波か？ 観測した瞬間に、「丁半揃いました、勝負！」
単一電子宇宙仮説にケリがつくか！
楽しみ😊
これで、箱の中の猫が生きてるか死んでるか箱を開けずにわかるようになるの？
神はサイコロ奉行
おもしろい
雲のようにと言われていたけど、中心はあるはず
こんな感じなのか
すごいな
自分の、学校教育時の常識を超えた、科学の成果が得られているな
結晶化前後を動画に撮ったり
こういうの、な～～～んもわかんないけどワクワクする
電子とか見えないのによくあるって分かるよな