अ‍ॅटोसेकंद भौतिकशास्त्र ज्ञानशाखेचा सन्मान

सूक्ष्म गतिशीलतेचे निरीक्षण

 

सन २०२३ सालचे भौतिकशास्त्र विषयातील नोबेल पारितोषिक पीएरे अगोस्टिनी, फेरेन्क क्रूज आणि अ‍ॅन ल’हुलियर या तीन शास्त्रज्ञांना जाहीर झाले आहे. त्यांनी इन्फ्रारेड (अवरक्त) लेसर किरणांचा वापर करून प्रकाशाचे अ‍ॅटोसेकंद स्पंद निर्माण करण्याची पद्धत विकसित केली आहे. त्याचबरोबर या पद्धतीचा वापर करून आता इलेक्ट्रॉनच्या सूक्ष्म हालचालींचा अभ्यास करणे शक्य झाले आहे. त्यांच्या या यशामुळे आता विज्ञानातील नवीन कवाडे उघडली जाणार आहेत. या शोधामागील भौतिकशास्त्र आमच्या धारणेतून या ब्लॉगमधून मांडण्याचा प्रयत्न केला आहे. विज्ञानरुची वृद्धिंगत करणे हाच मुख्य उद्देश ! काही त्रुटी असतील तर आपण निदर्शनास आणाव्यात. मसुद्यामध्ये दुरुस्त्या करण्याची भूमिका कायम आहे. हे लेखन आवडले असल्यास आपण आपल्या नावासहित प्रतिक्रिया द्याल ही अपेक्षा. (वाचन वेळ: २० मिनिटे)

नैसर्गिक बलांच्या प्रभावाखाली होणाऱ्या सूक्ष्म तसेच बृहद प्रणालीच्या गतिशीलतेचा अभ्यास भौतिकशास्त्रात केला जातो. अणू, इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉनसारख्या अवआन्वीक सूक्ष्म कणांचा अभ्यास, बृहद प्रणालीच्या गतिशीलतेच्या नियमांपेक्षा वेगळ्या नियमाच्या आधारे, पुंजयामिकी (क्वांटम फिजिक्स) मध्ये केला जातो. हा अभ्यास प्रणालीच्या भविष्यातील हालचालीचा अंदाज लावण्यासाठी उपयुक्त असतो. आपण गतिशील बृहद-प्रणालीची स्थिती आणि संवेग एकाचवेळी अचूकपणे ठरवू शकतो, परंतु सूक्ष्म प्रणालीसाठी नैसर्गिक निर्बंधांमुळे (हायझेनबर्गचे अनिश्चिततेचे तत्त्व) ते करणे शक्य नसते.

या वर्षाच्या शोधाची पूर्वपीठिका जवळपास शंभर वर्षांपूर्वीच्या संशोधनाशी जोडली आहेत. हायजनबर्गच्या अनिश्चिततेच्या तत्त्वानुसार [(∆x)(∆p) ≥ ħ] इलेक्ट्रॉनचे स्थान आणि संवेग एकाचवेळी विशिष्ट मर्यादेपलीकडे ठरवणे अशक्यप्राय आहे. कारण स्थान अचूकपणे निश्चित करत असताना संवेगाच्या मोजमापामध्ये अनिश्चितता वाढते आणि तसाच अनुभव संवेगाच्या अचूक मोजमापादरम्यान येतो. आत्ताच्या या शोधामुळे स्थान आणि संवेग अगदी अचूकपणे निश्चित करणे शक्य होणार नसले तरी त्याच्यातील अनिश्चितता कमी करणे मात्र शक्य झाले आहे असे वाटते.

इलेक्ट्रॉनची स्थिती आणि संवेग एकाच वेळी मोजणे फार महत्त्वाचे असते कारण एकतर दृश्य प्रकाशाच्या साहाय्याने असे सूक्ष्म कण पाहता येत नाहीत पण मोजमापातून हि माहिती अवगत झाल्यास ते असलेल्या पदार्थांचे विविध गुणधर्म अभ्यासून त्यांचे वेगवेगळ्या इलेक्ट्रॉनिक गॅजेट मधील उपयोग अधिक कार्यक्षमतेने आणि स्वस्तात करणे शक्य होऊ शकते. तसेच अणू आणि केंद्रकाबद्दलच्या धारणावादीच्या प्रस्तावित सिद्धांताचा तो पुरावा असू शकतो.

या वर्षातील नोबेल विजेत्यांनी काय साध्य केले याची ढोबळ कल्पना यावी यासाठी आपण दैनंदिन व्यवहारातील एक उदाहरण घेऊया. समजा तुम्ही एखाद्या रेल्वे फलाटावर उभे आहात व समोरून अतिवेगाने रेल्वे जात आहे. अशा स्थितीमध्ये तुम्ही कॅमेऱ्याच्या साह्याने त्या रेल्वेचे छायाचित्र घेतले तर ते अस्पष्ट किंवा धूसर मिळते. याउलट फलाटावर थांबलेल्या रेल्वेची प्रतिमा अगदी स्पष्टपणे टिपता येते. असे का ? याचे स्पष्टीकरण कॅमेराच्या झडपवेग किंवा प्रभावन कालामध्ये लपलेले आहे. जर प्रभावन काल जास्त असेल किंवा झडपवेग कमी असेल तर तो कॅमेरा धावणाऱ्या रेल्वेची प्रतिमा अस्पष्टपणे टिपतो. त्यामुळे धावत्या रेल्वेचे चित्र स्पष्ट येण्यासाठी प्रभावन काल इतका कमी करावा (किंवा झडपवेग इतका वाढवावा) की धावणारी रेल्वे कॅमेऱ्याला स्थिर वाटेल. 

अणूंमधील इलेक्ट्रॉन्सचे निरीक्षण करण्यासाठी असाच प्रयोग केला जाऊ शकतो का असा प्रश्न पडणे स्वाभाविक आहे. परंतु हे करताना आपल्याला इलेक्ट्रॉनची हालचाल गती आणि कॅमेऱ्याचा झडपवेग जुळवणे आवश्यक आहे. इलेक्ट्रॉन किती गतिमान आहे हे समजण्यासाठी खाली दिलेले आकडे पुरेशे आहेत. खोलीच्या एका टोकापासून विरुद्ध भिंतीवर प्रकाशाची चमक जाण्यासाठी दहा अब्ज अ‍ॅटोसेकंद लागतात. अ‍ॅटो म्हणजे १ भागिले १ वर १८ शून्य. अणुकेंद्रकाभोवती फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनचा वेग खूप जास्त असतो. इलेक्ट्रॉनला केंद्रकाभोवती एक आवर्तन पूर्ण करण्यासाठी सुमारे २४ अ‍ॅटोसेकंद लागतात. प्रकाशाला अणूच्या व्यासाएव्हढे अंतर कापण्यासाठी अंदाजे एक अ‍ॅटोसेकंद इतका वेळ लागतो. त्यामुळे गतिशील कण आणि चित्रण यंत्रणा यांचा वेग समान असल्याशिवाय कणाच्या गतिशीलतेला चित्रित करता येणार नाही.  

इलेक्ट्रॉनची अणूमधील ऊर्जा साधारणपणे शून्य ते दहा इलेक्ट्रॉन वोल्ट्स दरम्यान असते. म्हणून इलेक्ट्रॉनने शोषल्या किंवा उत्सर्जित केलेल्या फोटॉन्सची ऊर्जा याच दरम्यानची असेल. इलेक्ट्रॉनच्या या ऊर्जा अवस्थांसाठी अध्यारोपीत तरंगफल (ओव्हरल्याप्ड वेव्ह फंक्शन) घेऊन निरीक्षणक्षमासाठी (ऑबसेर्वेबल) श्रोडिंगरचे तरंग समीकरण (वेव्ह इक्वेशन) सोडविल्यास त्याचे काल प्रभावक्षेत्र (टाइम स्केल) अ‍ॅटोसेकंद येईल. म्हणून, इलेक्ट्रॉनची काल निहाय उत्क्रांती मोजण्यासाठी, नियंत्रित प्रणाली वापरणे आवश्यक होते ज्याचा कालावधी त्या गतिशीलतेशी संवाद साधू शकेल. हेच कारण आहे की काही-फेमटोसेकंद आणि अ‍ॅटोसेकंद काल-अधिक्षेत्रामधील अतिउच्चवेगवान घटनांचा अभ्यास करण्यासाठी अ‍ॅटोसेकंद प्रकाश स्पंदांचा (पल्स) वापर केला जातो.

एक फेमटोसेकंद कालावधीच्या एकचक्र प्रकाशीय स्पंदाचा (सिंगल ऑप्टिकल पल्स) वापर करून पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉनच्या गतिशीलतेचा अभ्यास करणे शक्य नाही. कोणतीही लेसर प्रयोगशाळा आतापर्यंत कमीत कमी सहा फेमटोसेकंद इतका अवधी असलेले प्रकाश स्पंद मिळवू शकली होती. खरं तर, १९९९ सालच्या रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक विजेत्या झियाउद्दीन अहमद यांना फेमटोसेकंद स्पंदचा वापर करून रेणूमधील अणूंची हालचाल तसेच रासायनिक आंतराभिक्रियाची माहिती मिळवणे शक्य झाले होते. परंतु इलेक्ट्रॉनच्या गतिशीलतेचा अभ्यास करण्यासाठी, एक फेमटोसेकंदचा प्रकाश स्पंद साध्य करणे आवश्यक होते.

त्याच अनुषंगाने प्रकाशाची अ‍ॅटोसेकंद स्पंद निर्माण करण्यासाठीचा पहिला प्रयोग हा पॅरिस येथील सॅकले विद्यापीठातील एम फेरे यांच्या संशोधन प्रयोगशाळेत केला गेला. यावर्षीच्या नोबेल पारितोषिक विजेत्या अँन लहूक्लिअर यांचाही त्यामध्ये सहभाग होता. त्यांनी १०६४ नॅनोमीटर तरंगलांबी (३.५ फेमटोसेकंद, आवर्त) असलेल्या अवरक्त किरणांच्या शक्तिशाली लेझर प्रकाशाचा निष्क्रिय वायूवर मारा केला. त्यात त्यांना आश्चर्यकार्यक निरीक्षणे मिळाली. निष्क्रिय वायूमधून बाहेर पडणारा प्रकाशीय वर्णपट उच्च संवादिक निर्मिती (एचएचजी अर्थात हाय हार्मोनिक जनरेशन) चा होता. त्याचबरोबर मिळालेले प्रकाश स्पंद प्रारण अतिशय संसंजीत (कोहरंट) होते.  

एचएचजी म्हणजे काय ते थोडक्यात समजावून घेऊया. गणितीय समीकरणांवर आधारित एकापेक्षा जास्त तरंग वापरून, तुम्ही तुम्हाला हवे असलेले कोणतेही तरंगलांबीचे तरंग तयार करू शकता. लहान तरंगलांबीच्या अनेक तरंग एकत्र करून प्रकाशाची अ‍ॅटोसेकंद स्पंद मिळविणे शक्य आहे. जेव्हा लेसरस्पंद निष्क्रिय वायूवर आदळते तेव्हा अधिस्वरक (ओव्हरटोन) तयार होतात. अधिस्वरक म्हणजे मूळ लहरीमध्ये एकापेक्षा जास्त तरंग निर्माण करणाऱ्या लाटा. याची तुलना गिटारमध्ये तयार झालेल्या अधिस्वरकशी करता येईल. सर्वात खालच्या वारंवारितेपेक्षा गुणित वारंवारिता असलेल्या सर्व लहरींना ओव्हरटोन म्हणतात. ओव्हरटोन आवाजाला त्याचे विशिष्ट वर्ण देतात, यामुळेच आपणास गिटार आणि पियानोवर वाजवलेल्या समान नोटमधील फरक ऐकू येतो. "ओव्हरटोन" ही संज्ञा सामान्यत: कोणत्याही उच्च-वारंवारिता असलेल्या स्थिर तरंगास लागू केली जाते, तर "हार्मोनिक" हा शब्द जिथे ओव्हरटोनची वारंवारता मूलभूत वारंवारतेचा अविभाज्य गुणाकार असतो तिथे वापरावा लागतो.

एका तरंगात नवीन तरंग जोडण्यासाठी केवळ वेगवेगळे लेसर असून चालत नाही, तर लेसर प्रकाश वायूमधून घालवणे ही झटपट लघू स्पंदांची निर्मिती करण्याची गुरुकिल्ली आहे.  प्रकाशाची वायूच्या अणूंशी आंतरक्रिया अधिस्वरक अर्थात ओव्हरटोन तयार करते. 

जेव्हा लेसर प्रकाश वायूमध्ये प्रवेश करतो तेव्हा त्याच्या अणूंशी क्रिया करतो. त्यामुळे अणूमध्ये विद्युत चुंबकीय कंपने तयार होतात जी इलेक्ट्रॉनच्या विद्युत क्षेत्रात व्यत्यय आणण्यास कारणीभूत ठरतात. त्यानंतर इलेक्ट्रॉन अणूंमधून बाहेर पडू शकतात. तथापि, लेसर प्रकाशाचे सतत कंपित असलेले विद्युत क्षेत्र जेव्हा दिशा बदलते तेव्हा एखादा सैल इलेक्ट्रॉन त्याच्या अणूच्या केंद्रकाकडे आकर्षित होऊ शकतो. इलेक्ट्रॉनच्या या सफरी दरम्यान, लेसर प्रकाशाच्या विद्युत क्षेत्रातून बरीच अतिरिक्त ऊर्जा संकलित करू शकतो आणि केंद्रकाशी पुन्हा जोडताना तो प्रकाशाच्या अल्प कालावधीच्या स्पंदाद्वारे त्याची अतिरिक्त ऊर्जा सोडू शकतो. इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित केलेल्या या प्रकाशस्पंद प्रयोगांमध्ये दिसणारे ओव्हरटोन तयार करतात.

एकदा हे ओव्हरटोन अस्तित्वात आले की ते एकमेकांशी संवाद साधतात. येथे ओव्हरटोन लहरी व्यतिकरण (इंटरफेरेन्स) पावतात. व्यतिकरण तेव्हा होते जेव्हा दोन किंवा अधिक लहरी एकत्र येऊन पहिल्यापेक्षा मोठी किंवा लहान लहरी मिळते. जेव्हा दोन लहरिंची शिखरे जुळतात तेव्हा प्रकाश अधिक तीव्र होतो, परंतु जेव्हा एका लहरीतील शिखर दुसर्‍या लहरीतीतील दरीशी जुळते तेव्हा प्रकाश कमी तीव्र होतो. योग्य परिस्थितीत, ओव्हरटोन्स एकरूप होतात ज्यामुळे अतिनील प्रकाशाच्या स्पंदांची माला तयार होते. प्रत्येक स्पंद काही अ‍ॅटोसेकंद रुंद असते. १९९० च्या दशकात भौतिकशास्त्रज्ञांना यामागील सिद्धांत समजला, परंतु २००१ मध्ये प्रत्यक्षात स्पंद ओळखणे आणि त्यांची चाचणी करण्याचा शोध लागला.

पूर्वीपेक्षा कमी कालावधीचे स्पंद उपलब्ध झाल्याने बऱ्याच गोष्टींचा उलघडा करणे शक्य झाले आहे. १९०५ साली अल्बर्ट आइनस्टाइन यांनी फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टचे (प्रकाशविद्युत प्रभाव) स्पष्टीकरण प्रकाशित केले होते. परंतु तेव्हा या प्रभावासाठी आवश्यक कालश्रेणींचे  निराकरण करणे अशक्य होते. हा प्रभाव तत्क्षणी असतो अशी बऱ्याच काळचे वास्तव होते. परंतु या वर्षीच्या नोबेल विजेत्यांनी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाची कालश्रेणी काय असू शकते हे अन्वेषित केले.  

जेव्हा अणूमधील एखादा इलेक्ट्रॉन प्रकाश ऊर्जा शोषून घेतो, शोषलेली ऊर्जा इलेक्ट्रॉनची बंधनउर्जा आणि प्रकाशकणांची ऊर्जा यांच्यातील फरकाएव्हढ्या गतिज उर्जेसह उत्सर्जित होते. अणू फोटो उत्सर्जनाच्या जटिल गतिशीलतेमुळे थोडा विलंब होतो. पण किती काळ विलंब हा प्रश्न निर्माण होतो. तो विलंब अ‍ॅटोसेकंद कालश्रेणींमधील असू शकतो का यावर विचार सुरु झाला. 

क्रॉझ यांच्या संशोधन समूहाला एका आद्यप्रयोगात असे आढळून आले की जेव्हा निऑन वायूचा अणू १०० इलेक्ट्रॉन वोल्ट्स प्रकाशकणांनी आयनीकृत केला जातो, तेव्हा २-एस आणि २-पी इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी ऊर्जा उत्सर्जित करत नाहीत. २-पी इलेक्ट्रॉन २-एस इलेक्ट्रॉन पेक्षा एकवीस अटोसेकंद ने उशीरा उत्सर्जित होतो. हा उत्सर्जन विलंब इलेक्ट्रॉन ढगांच्या सामूहिक गतिशीलतेचे लक्षण आहे. क्रॉझ ग्रुपने अतिउच्च अतिनील आणि अवरक्त स्पंदांमधील वेळेच्या प्रतिरूपमुद्रणच्या कार्यासाठी इलेक्ट्रॉनची गतिज ऊर्जा मोजण्याचे पृथक अटोसेकंद स्पंद आणि रेखांकन तंत्र वापरले.

१९८७ मध्ये, अ‍ॅन ल'ह्युलियर आणि तिच्या सहकाऱ्यांनी फ्रेंच प्रयोगशाळेत एका निष्क्रिय वायू मधून इन्फ्रारेड (अवरक्त) लेसर किरणांना पार केल्यास ओव्हरटोन तयार होतात हे दाखवून दिले. अगोदरच्या प्रयोगांमध्ये वापरल्या गेलेल्या लघू तरंगलांबी असलेल्या लेसरपेक्षा इन्फ्रारेड किरण संख्येने जादा आणि बलवत्त ओव्हरटोन देतात असे दिसून आले. यापैकी काही सुरुवातीचे आणि वरचे क्रमाकांचे ओव्हरटोन वगळता मधले ओव्हरटोन समान तीव्रतेचे मिळाले होते. अनेक प्रयोगांनंतर, १०६४ नॅनोमीटर तरंगलांबीचा अवरक्त लेसर प्रकाश समतल पठार प्राप्त करण्यासाठी निश्चित करण्यात आला. 

पुंजयामिकीच्या सिद्धांतानुसार निर्माण करण्यात आलेल्या ऑटोसेकंद स्पंदाचा कालावधी मोजण्यासाठी आधुनिक उपकरण तयार करणे आवश्यक होते. अगोस्तिनी आणि त्यांच्या गटाने "फ्रिक्वेन्सी मॉड्युलेशन इन टू कलर फोटॉन फिल्ड" या तत्त्वाचा वापर करून रॅबिट (रिकंस्ट्रक्शन ऑफ ऑटो सेकंड बीटिंग बाय इंटर्फरन्स ऑफ टू फोटॉन ट्रान्सिशन) तंत्रज्ञानाच्या सहाय्याने हा कालावधी मोजला. रॅबिट तंत्रज्ञानात उच्च अतिनील स्पंद आणि मूळ लेसरमधील प्रकाश एकाचवेळी निष्क्रिय वायूवर केंद्रित केला आणि त्यातून बाहेर पडणाऱ्या फोटोइलेक्ट्रॉनचे विश्लेषण करून अ‍ॅटोसेकंद स्पंदांच्या ट्रेनचा स्पंद कालावधी मोजला. दोन फोटॉनच्या संक्रमणातील लहरींचे व्यतिकरण झाल्यानंतर ऍटोसेकंद स्पंदाची पुनर्बांधणी होत लयन होते.

पियरे अगोस्टिनी आणि फ्रान्समधील त्यांच्या संशोधन गटाने मालगाडी असलेल्या रेल्वेप्रमाणे सलग प्रकाश स्पंदांची माला तयार करण्यात आणि तपासण्यात यश मिळविले. ओव्हरटोन्स एकमेकांच्या समकलेत कसे आहेत हे पाहण्यासाठी त्यांनी मूळ लेसर स्पंदाच्या विलंबित भागासह "पल्स ट्रेन" एकत्र ठेवण्याची विशेष युक्ती वापरली. या प्रक्रियेमुळे त्यांना ट्रेनमधील स्पंदांच्या कालावधीचे मोजमाप करणे देखील शक्य झाले आणि प्रत्येक स्पंद फक्त २५० अ‍ॅटोसेकंद टिकते असे त्यांना आढळून आले.

त्याच वेळी, ऑस्ट्रियातील फेरेंक क्रॉझ आणि त्यांचा संशोधन गट पल्सट्रेन मधील फक्त एकच स्पंद निवडण्याच्या एका तंत्रावर काम करत होते. त्यांना ६५० अ‍ॅटोसेकंद स्पंद वेगळे करण्यात यश आले. इलेक्ट्रॉन अणूंपासून दूर खेचण्याच्या प्रक्रियेचा मागोवा तसेच अभ्यास करण्यासाठी त्यांनी या स्पंदनांचा वापर केला.

लुंडचा प्रयोग आणि बहुकणीय प्रक्षोभ सिद्धांताने केलेली सैद्धांतिक गणना यांच्यातील एकमतता असे सूचित करते की क्रॉझ गटाच्या मूळ निरीक्षणावर शेक-अपचा (इतर इलेक्ट्रॉन संक्रमणाचा) परिणाम झाला होता. २ पी इलेक्ट्रॉन काढून टाकण्यासाठी एका फोटॉनला लागणारी ऊर्जा आणि त्याच वेळी दुसर्‍या २ पी इलेक्ट्रॉनला ३ पी ऊर्जा पातळीमध्ये प्रचालन करताना लागणारी ऊर्जा यातील फरक २ एस इलेक्ट्रॉनच्या थेट आयनीकरणासाठी लागणाऱ्या उर्जेपेक्षा फक्त ७.४ इलेक्ट्रॉन वोल्ट्स जास्त असते. दोन भिन्न प्रक्रियांसाठीच्या या किरकोळ ऊर्जा फरकामुळे मूळ प्रक्रिया ओळखण्यात दिशाभूल होऊ शकते. लुंड प्रयोगात, पार्श्वपट्ट शेक-अप संकेत आणि २ एस पासूनचे संकेत स्पष्टपणे पारखता येऊ शकले. अशाप्रकारे संशोधक कालबद्ध आणि वर्णक्रमीय विभेदनामधील आदलाबद्दल ओळखू शकले. 

इलेक्ट्रॉनची गतिशिलता रासायनिक परिस्थितीवर संख्यात्मक पद्धतीने कशी अवलंबून असते हे स्पष्ट करणाऱ्या प्रयोगाचे थोडक्यात वर्णन खाली दिले आहे. द्रव पाण्यापासून आणि वायूयुक्त पाण्यापासून प्रकाशउत्सर्जना दरम्यानचा विलंबकाल मोजण्यासाठी तयार केलेल्या अ‍ॅटोसेकंद व्यतिकरणमापन प्रयोगाची रचना आकृतीत दाखवली आहे.

अ‍ॅटोसेकंद कालश्रेणीमध्ये, इलेक्ट्रॉन वगळता सर्व प्रकारचे संरचनात्मक गतीशास्त्रे  गोठवली जातात आणि त्यामुळे हा प्रयोग इलेक्ट्रॉन गतीशास्त्राचा अभ्यास करण्यास मुभा देतो. निकट अवरक्त फेमटोसेकंद लेसर स्पंदावर अध्यारोपीत अ‍ॅटोसेकंद स्पंद ट्रेनला द्रव तसेच वायू अवस्थेतील पाण्याशी संवाद साधू दिला होता. द्रव आणि वायूच्या अवस्थेतील पाण्याच्या रेणूंमधून एकाच वेळी फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जित झाले होते. द्रवरुपी पाण्यातील फोटोइलेक्ट्रॉन आणि वायूरुपी पाण्यातील फोटोइलेक्ट्रॉन्समध्ये ५० ते ७० अ‍ॅटोसेकंद विलंबकाल निदर्शनास आला. द्रवरुपी पाण्यातील इलेक्ट्रॉन वायूरुपी पाण्यातील इलेक्ट्रॉन्सपेक्षा थोड्या वेळाने फोटोइलेक्ट्रॉन डिटेक्टर (शोधी) मध्ये येतात.  हा प्रयोग फोटोइलेक्ट्रॉनच्या वेगवेगळ्या रासायनिक परिस्थितीमूळे असलेल्या विलंबकाल वस्तुस्थितीचा परिमाणात्मक पुरावा देतो. 

https://i.stack.imgur.com/diywC.gif
(इलेक्ट्रॉन गतीचे सत्काल निरीक्षण)

द्रवरुपी पाण्यातील इलेक्ट्रॉनांना वायूरुपी पाण्याच्या रेणूंच्या तुलनेत अधिक जटिल भूदृश्यातून जावे लागत असल्याने द्रवरुपी पाण्यातून इलेक्ट्रॉनची गती नैसर्गिकपणे मंद वाटू शकते. या  प्रयोगाने ही घटना तपशीलवार दर्शविली. दोन भिन्न वातावरणातील पाण्याच्या रेणूंच्या विघटनाच्या प्रभावामुळे हा विलंबकाल आला आहे हे या प्रयोगावरून सिद्ध झाले. अ‍ॅटोसेकंद पंक्तिदर्शनाने घन पदार्थांमधील जटिल इलेक्ट्रॉन परस्परसंवादाची अधिकता प्रकट करणे शक्य आहे, उदा. प्रक्रिया ज्यात भार हस्तांतरण आणि भार छाननी परिणाम, भार प्रतिमा निर्मिती आणि इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन विकिरण, तसेच सामूहिक इलेक्ट्रॉनिक गती यांचा समावेश आहे. 

इलेक्ट्रॉनच्या हालचाली सुलभशक्य झाल्या आहेत

अ‍ॅटोसेकंद स्पंदांमुळे इलेक्ट्रॉनला अणूपासून दूर नेण्यासाठी लागणारा वेळ मोजणे शक्य होते आणि अणूच्या केंद्रकाला इलेक्ट्रॉन किती घट्ट बांधला जातो यावर किती वेळ लागतो हे तपासणे शक्य झाले आहे. रेणू आणि पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रॉन्सचे वितरण एका बाजूने दुसऱ्या बाजूला किंवा एका ठिकाणाहून दुसर्‍या ठिकाणी कसे बदलते याचे पुनर्निर्माण करणे शक्य झाले आहे; पूर्वी इलेक्ट्रॉनचे स्थान केवळ सरासरी म्हणून मोजणे शक्य असायचे.

अ‍ॅटोसेकंद स्पंदांचा उपयोग पदार्थाच्या अंतर्गत प्रक्रिया तपासण्यासाठी आणि विविध घटना ओळखण्यासाठी केला जाऊ शकतो. या स्पंदांचा वापर अणू आणि रेणूंच्या तपशीलवार भौतिकशास्त्राचे परिज्ञापन करण्यासाठी केला गेला आहे आणि इलेक्ट्रॉनिक्सपासून औषधापर्यंतच्या सर्वच क्षेत्रात त्यांचा संभाव्य उपयोग दिसून येतो.

उदाहरणार्थ, अ‍ॅटोसेकंद स्पंदांचा वापर मोजता येण्याजोगे संकेत उत्सर्जित करणाऱ्या रेणूंना ढकलण्यासाठी केला जाऊ शकतो. रेणूंच्या संकेतामध्ये एक वैशिष्ट्यपूर्ण खूण असते ज्याद्वारे त्या रेणू ला ओळखता येते. त्यामुळे या शोधाच्या महत्वाच्या संभाव्य उपयोगांमध्ये रोग निदान आणि उपचार आदीचा समावेश असेल.

- विजय कुंभार, केशव राजपुरे

(या मसुद्यासाठी डॉ टाकळे सरांनी मोलाचे मार्गदर्शन व सहकार्य केले)