En una molécula, los átomos pueden moverse y girar en millonésimas de milmillonésima de segundo, femtosegundos.Pero cuando átomos enteros se mueven, la escala de tiempo está determinada por sus núcleos grandes y pesados, que son extremadamente lentos en comparación con los electrones ligeros y ágiles. Cuando los electrones se mueven dentro de átomos o moléculas lo hacen tan rápido que las posiciones y las energías cambian a velocidades de entre uno y unos pocos cientos de attosegundos (una milmillonésima parte de una milmillonésima parte de un segundo).

Como cualquier medición debe realizarse más rápidamente que el tiempo que tarda el sistema que se estudia en sufrir un cambio notable, producir pulsos de luz del orden de los attosegundos permitirá capturar imágenes de los procesos electrónicos que suceden en el interior de átomos y moléculas.

Los galardonados de este año han abierto un nuevo campo de investigación de la física de attosegundos.

Las matemáticas que describen las ondas demuestran que se puede construir cualquier forma de onda si se utilizando ondas de los tamaños, longitudes de onda y amplitudes adecuadas.

La clave para acceder al instante más breve jamás estudiado es un fenómeno que surge cuando la luz láser pasa a través de un gas. La luz interactúa con sus átomos y causa armónicos. Podemos comparar esto con los armónicos que le dan a un sonido su carácter particular, permitiéndonos escuchar la diferencia entre la misma nota tocada en una guitarra y un piano.

En 1987, Anne L'Huillier y sus colegas de un laboratorio francés fueron capaces de producir armónicos utilizando un rayo láser infrarrojo que se transmitía a través de un gas noble.En una serie de artículos, L'Huillier continuó explorando este efecto durante la década de 1990,  en su nueva destino, la Universidad de Lund. Sus resultados contribuyeron a la comprensión teórica de este fenómeno, sentando las bases del siguiente avance experimental.

Cuando la luz láser entra en el gas, afecta a sus átomos y provoca vibraciones electromagnéticas que distorsionan el campo eléctrico que mantiene los electrones alrededor del núcleo. Los electrones pueden entonces escapar de los átomos. Sin embargo, el campo eléctrico de la luz vibra continuamente y, cuando cambia de dirección, un electrón suelto puede regresar al núcleo de su átomo, pero con mucha energía extra del campo eléctrico de la luz láser y, para volver a unirse al núcleo, debe liberarse de su exceso de energía en forma de pulso de luz. Estos pulsos de luz de los electrones son los que crean los armónicos que aparecen en los experimentos.

Estos armónicos interactúan entre sí, unas veces con interferencia constructiva, otras destructiva. En las circunstancias adecuadas coinciden de modo que se produce una serie de pulsos de luz ultravioleta, donde cada pulso tiene unos pocos cientos de attosegundos de duración.

Pierre Agostini y su grupo de investigación lograron producir una serie de pulsos de luz consecutivos de 250 attosegundos. Al mismo tiempo, Ferenc Krausz y su grupo estaban trabajando en una técnica que podía seleccionar un solo pulso, como un vagón que se desacopla de un tren y cambia a otra vía. El pulso que lograron aislar duró 650 attosegundos y lo usaron para rastrear y estudiar un proceso en el que los electrones saltaban de los átomos.

Ahora que el mundo de los attosegundos se ha vuelto accesible, estas breves ráfagas de luz se pueden utilizar para estudiar los movimientos de los electrones. Actualmente es posible producir pulsos de hasta unas pocas docenas de attosegundos.

Estos pulsos se han utilizado para explorar la física detallada de átomos y moléculas, y tienen aplicaciones potenciales en áreas que van desde la electrónica hasta la medicina. Por ejemplo, se pueden usar para excitar las moléculas y que estas emitan una señal medible. La señal de las moléculas tiene una estructura única, su  huella dactilar. Las posibles aplicaciones incluyen la identificación de las moléculas y su empleo en el diagnóstico médico.