Ученые из немецкого исследовательского центра Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) создали огромную сеть, состоящую из лазеров и микроволновых излучателей, суммарная длина которой составляет 4.7 километра. И недавно им удалось синхронизировать работу всех элементов этого в своем роде гигантского «метронома» с самой высокой точностью на сегодняшний день. Погрешность синхронизации времени составила плюс-минус 950 аттосекунд (квинтиллионных долей секунды) а время, в течение которого поддерживалась такая синхронизация, составило 18 часов.
Следует отметить, что столь высокая синхронизация времени требуется для произведения сверхскоростной рентгеновской съемки самых быстрых процессов на свете, происходящих на уровне отдельных атомов и молекул. «Такая точность синхронизации времени требуется для многих областей науки и исследований» — рассказывает профессор Франц X. Картнер (Franz X. Kartner), — «Некоторые из задач, к примеру, высокоточная навигация или совместная работа множества телескопов, требуют синхронизации времени с точностью от одной пикосекунды до десятков фемтосекунд».
Ученые из научно-исследовательского центра DESY разрабатывают и работают с рентгеновскими лазерами на свободных электронах (X-ray free-electron laser, XFEL), при помощи которых можно получать высококачественные моментальные снимки ультраскоростных процессов, происходящих в «нанокосмосе» молекул и химических реакций. «Рентген обеспечивает превосходное пространственное разрешение на атомарном и молекулярном масштабе» — объясняет профессор Картнер, — «Проблема заключается в получении временной разрешающей способности на уровне аттосекунд, что позволит нам проследить за самыми быстрыми атомарными и молекулярными процессами».
Высокоточная синхронизация времени позволит ученым DESY получить временную разрешающую способность в 30 фемтосекунд. Используя одну вспышку рентгеновского лазера FLASH, ученые смогут инициировать определенную химическую реакцию или другой процесс, и произвести анализ результата через четко определенный промежуток времени при помощи второй вспышки этого же лазера. Повторение этого эксперимента с медленно увеличивающимся временем задержки позволит получить последовательность кадров и на их основе создать видео замедленной съемки даже самых быстрых процессов. И естественно, что это невозможно без четкой синхронизации работы всех частей экспериментальной установки.
«Если в будущем нам удастся добиться еще большей точности синхронизации, это позволит вывести некоторые области современной науки на абсолютно новый качественный уровень. Мы сможем наблюдать процессы, происходящие на аттосекундной шкале времени» — рассказывает профессор Картнер, — «Это, в свою очередь, может обеспечить множество прорывов в самых различных областях науки, начиная от структурной биологии и до материаловедения и фундаментальной физики».
