A kaliforniai SLAC Nemzeti Részecskegyorsító Laboratórium kutatói által kifejlesztett módszer 280 attoszekundumos (1 attoszekundum = 10-18 másodperc) röntgenimpulzusok segítségével detektálja az elektronok mozgásait. Az alacsony energiájú, ultragyors lézerpulzusok révén olyan – biológiai és kémiai szempontból fontos – változások is megfigyelhetővé válhatnak, amelyek észlelésére eddig nem volt lehetőség.
„Az atommag mozgásait már eddig is nagy pontossággal meg tudtuk figyelni, a sokkal gyorsabban mozgó elektronok észlelésére azonban, amelyek a kémiai reakciók tényleges motorjai, eddig nem volt mód” – mondja James Cryan, a technikáról beszámoló tanulmány egyik vezető szerzője. A módszerrel többek közt olyan folyamatok válhatnak megjeleníthetővé, mint például a fotoszintézis során zajló elektronmozgások.
Az elmúlt évek során számos fontos eredmény történt az attoszekundumos röntgenpulzusok létrehozásának területén, amelyek kulcsfontosságúak ezen mozgások észleléséhez. A létrejött impulzusok azonban hosszú ideig túl gyengék vagy nem megfelelő energiájúak voltak az ez irányú hasznosításhoz. A SLAC munkatársai azonban végül sikerrel jártak, és kísérletekkel is demonstrálták, hogy új módszerükkel lehetséges precízen időzített attoszekundumos röntgenpulzusokkal elektronokat mozgásba hozni, majd rögzíteni ezek mozgását. A módszerrel pillanatfelvételek készíthetők az elektronokról, amelyek aztán videókká fűzhetők össze.
Femtoszekundumos röntgenlézerek egy ideje már léteznek, ezek úgy működnek, hogy először is egy elektronnyalábot hoznak létre, amelyet aztán kisebb „csomagokra” szakaszolnak, majd átküldik ezeket egy lineáris részecskegyorsítón. A közel fénysebességgel száguldó csomagokat aztán egy mágneses eszközön (undulátor) küldik keresztül, amely energiájuk egy részét röntgenpulzusokká alakítja.
Minél kisebbek és nagyobb energiájúak az elektroncsomagok, annál rövidebb röntgenpulzusokat lehet így generálni. Az attoszekundumos röntgenpulzusok létrehozásához tehát még kisebb és „fényesebb” csomagokat kellett gyártani, az XLEAP pedig nagyon okosan oldja ezt meg. A fejlesztők az undulátor elé beépítettek még két mágnessorozatot, amelyek az elektroncsomagokat a kívánt tulajdonságúra formálják, vagyis intenzív, rövid, széles energiatartományú impulzusokat csinálnak ezekből. Ilyen módon az undulátorba beérkező elektronpulzusok eleve nagyjából egy femtoszekundumosak, az ezekből létrehozott röntgenpulzusok pedig még rövidebbek lesznek.
A röntgenpulzusok észlelése úgy zajlik, hogy azok egy üvegrétegen hatolnak keresztül, és közben elektronokat hántanak le, amelyekből elektronfelhő képződik. Ezeket aztán egy cirkulárisan polarizált infravörös lézernyalábbal gerjesztik. A procedúra végén megállapítható az elektronfelhő elektronjainak sebesség- és irányeloszlása, amiből kiszámítható a röntgenpulzus hossza.
Az XLEAP-et fejlesztő csapat reményei szerint a módszer optimalizálásával idővel még rövidebb röntgenpulzusokat is létre lehet majd hozni, amelyek révén még aprólékosabban felderíthetővé válhatnak a kémiai folyamatok.
