Настройка струны до нужной ноты: лазерный импульс подстраивают так, чтобы гармоники звучали в унисон на килоэлектронвольтных частотах.

Свет, который мы видим, колеблется с частотой в сотни триллионов раз в секунду. Если взять очень короткий лазерный импульс и направить его в газ, атомы газа начинают переизлучать свет на кратных частотах — как струна, которая после щипка звучит не только на основной ноте, но и на обертонах. Эти обертоны называют высокими гармониками. Чтобы они сложились в яркую вспышку, нужно, чтобы волны от разных атомов шли в ногу. Это условие называют фазовым согласованием, и оно похоже на оркестр, где все инструменты должны вступать точно вовремя.

Группа из RIKEN использовала лазер с длиной волны около 2,7 микрометра, что в несколько раз больше, чем у видимого света. Импульс фокусировали вогнутым зеркалом с фокусным расстоянием 3 метра в трубку с гелием длиной 50 миллиметров. Давление газа было около одной атмосферы, а не десятков атмосфер, как в прежних опытах. Слабая ионизация гелия и широкий пучок в фокусе позволили волнам от разных атомов складываться когерентно, как если бы каждый атом был музыкантом, который слышит дирижёра и вступает точно в свою долю.

Когда фазу несущей волны лазерного импульса сдвигали, спектр рентгеновского излучения заметно менялся. Граница спектра сдвигалась на 100 электронвольт, а непрерывная область шириной до 300 электронвольт соответствовала вспышке длительностью всего 12 аттосекунд. Это меньше, чем время, за которое электрон в атоме делает один оборот вокруг ядра (24 аттосекунды).

Такой инструмент нужен, чтобы снимать кино о движении электронов в металлах. Когда магнитный материал размагничивается или переносится спин, эти процессы длятся аттосекунды. Теперь у физиков есть стробоскоп, который способен заморозить такое движение. И как музыкант, который наконец настроил струну, исследователи могут сыграть первую ноту в новой симфонии — симфонии электронных орбиталей.