חוקרים מאוניברסיטת אולדנבורג שבגרמניה הצליחו ליצור שדה אור בעל מבנה תלת-ממדי באמצעות הצלבה של שני הבזקי לייזר קצרים במיוחד. בניגוד לאלומת אור רגילה, שבה השדה החשמלי מוגבל לכיוונים מסוימים, השיטה החדשה מאפשרת לשלוט בכיוון שבו השדה משתנה גם במרחב התלת-ממדי. בעזרת היכולת הזו הצליחו החוקרים לבחון מצבים של אלקטרונים שהיו מוכרים מהתיאוריה, אך היה קשה לחשוף אותם בניסוי.
כדי להבין את ההישג, אפשר לחשוב על אור לא רק כעל אלומה שמתקדמת מנקודה אחת לאחרת, אלא גם כשדה חשמלי שמשתנה במהירות. בדרך כלל, היכולת לשלוט בכיוון השדה הזה מוגבלת. החוקרים מצאו דרך להרחיב את השליטה באמצעות שני הבזקי לייזר שהגיעו מכיוונים שונים ובתדירויות שונות.
כאשר שני ההבזקים נפגשו בנקודה מסוימת, השדות שלהם התחברו ויצרו מבנה מורכב יותר. כך התקבל שדה אור שבו ניתן לשלוט בתנועה בשלושה ממדים, ולא רק במישור אחד. לפי דריוס קוהנקה, ממובילי המחקר, היכולת הזו מעניקה למדענים כלי חדש לבחינת האופן שבו אור משפיע על חומר.
החוקרים לא הסתפקו ביצירת שדה האור החדש, אלא ביקשו לבדוק מה אפשר לעשות באמצעותו. לשם כך הם כיוונו אותו לעבר אטומי אשלגן. האור העביר אלקטרונים באטומים למצבי אנרגיה גבוהים יותר, ובהמשך גרם לשחרורם. באמצעות מדידת האופן שבו האלקטרונים נפלטו הצליח הצוות לקבל מידע על מצבים אלקטרוניים שהיה קשה לבחון באמצעות שיטות קודמות.
במילים פשוטות, החוקרים השתמשו באור החדש כמעין כלי מדידה: במקום לראות ישירות את האלקטרונים נעים בתוך האטום, הם בחנו כיצד הם מגיבים להבזקי האור, ומתוך התגובה שחזרו את התהליך שעברו.
לצורך כך נעשה שימוש בשיטה המזכירה צילום מהיר במיוחד. סדרה של מדידות שנערכו בהפרשי זמן זעירים מאפשרת להרכיב תמונה של השינויים המתרחשים באלקטרונים – בדומה לרצף של תמונות היוצר יחד סרט.
המשמעות האפשרית של הפיתוח אינה מוגבלת לפיזיקה בסיסית. אחת המטרות העתידיות היא להשתמש בשדות האור החדשים כדי לחקור מולקולות בעלות מבנים דומים מאוד, שלעיתים קשה להבדיל ביניהן באמצעים רגילים. בטבע קיימות מולקולות שהן למעשה תמונות מראה זו של זו. אפשר לדמות זאת ליד ימין וליד שמאל: הן נראות דומות מאוד ומורכבות מאותם חלקים, אבל אי אפשר להניח אחת בדיוק על השנייה.
ההבדל הזה עשוי להיות משמעותי במיוחד בתחום התרופות, משום ששתי גרסאות של אותה מולקולה יכולות לפעול בצורה שונה בגוף. לכן היכולת לזהות במדויק איזו גרסה נמצאת בחומר מסוים חשובה למחקר ולפיתוח תרופות. שדות האור התלת-ממדיים שפיתחו החוקרים עשויים בעתיד לספק דרך רגישה יותר להבחין בין מולקולות כאלה. עם זאת, מדובר בשלב זה בכלי מחקרי ובפוטנציאל עתידי – ולא בטכנולוגיה שכבר משמשת לבדיקת תרופות.
