В молекуле бензола электроны носятся вокруг ядер, как рой пчёл вокруг улья. Но этот рой не просто гудит — он пульсирует: каждые 856 аттосекунд электронное облако совершает полный цикл колебаний. А сам улей — ядра атомов углерода — качается медленнее, с периодом 36 фемтосекунд. Задача поймать оба движения сразу похожа на попытку снять одним кадром и взмах крыла колибри, и сокращение её грудной мышцы.
Исследователи создали «молекулярный аттоскоп» — лазерную установку, которая бьёт по бензолу импульсами глубокого ультрафиолета. Импульсы не простые, а фигурные: их форма подобрана так, чтобы вытянуть из молекулы информацию сразу о двух ритмах. Получилась голограмма, в которой записан совместный танец электронов и ядер. Оказалось, что электронная рябь не затухает сотни циклов — примерно как рябь на воде от брошенного камня, которая живёт дольше, чем сам камень падает на дно.
Движение ядер не просто фон — оно меняет узор электронной волны. Когда ядра расходятся и сходятся, электронное облако подстраивается, как толпа на площади, перестраивающаяся под ритм барабана. Раньше такие вещи либо рассчитывали на бумаге, либо видели только для заряженных частиц. Теперь их можно снимать напрямую для нейтральных молекул — тех самых, из которых состоит всё вокруг.
Такой «аттоскоп» — не просто быстрая камера. Это инструмент, который может показать, как световая энергия перетекает в химическую связь в реальном времени. А значит, когда-нибудь мы сможем не просто наблюдать, а управлять химическими реакциями на лету — как дирижёр, который слышит каждый инструмент и поправляет ритм по ходу пьесы.
Аттосекунда так коротка, что за одну аттосекунду свет проходит расстояние в три раза меньше диаметра атома водорода.
В романе «Глубина в небе» Вернора Винджа «местные» управляют химией с точностью до атома — молекулярный аттоскоп делает первый шаг к такой реальности.