在量子世界中，物体由波函数描述。例如，分子周围的电子存在于波状轨道中，这些轨道是弥散的形状，决定了电子的能量以及分子发生各种化学反应的倾向。但是轨道是难以捉摸的生物，由于海森堡的不确定性原理，它们完全而准确地成像的日常努力会受到挑战。但是，现在，加拿大渥太华国家研究委员会的研究人员已经生成了氮分子周围最外层电子轨道的 3D 扫描。成像方法的“快门速度”足够快，有一天可能会对处于化学反应中间的分子进行扫描。
该小组由 Paul B. Corkum 和 David M. Villeneuve 领导，他们使用持续仅 30 飞秒（3 x 10⁻¹⁴ 秒）的激光脉冲。在激光脉冲过程中，光波的电场振荡约十几次。每次振荡都会将氮分子的最外层电子从分子中驱动出来，然后再返回。
尽管看起来该团队依赖激光“照亮”电子，但实际上是电子在返回分子的途中充当成像光束。更准确地说，激光的场将一小部分电子波函数驱动离开并返回。可以把它想象成电子同时处于两个位置；它大部分仍保持在氮气周围的原始轨道中，但部分被撕裂。
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急剧加速将行进的电子波变成平面波，就像一个具有极短波长的电子束的良好规则脉冲一样，这正是用于成像的光束。当平面波返回并穿过分子时，它会与电子波函数的静止部分产生干涉图案，就像两条水波相交并形成棋盘格扰动一样。
要完成成像，必须检测到该干涉图案。当平面波沿传播时，该图案会快速振荡，从而发出研究人员观察到的紫外线辐射。当行进的电子波看到时，有关电子轨道阴影的信息会印在紫外线发射上。要生成 3D 图像，需要像医院的 CT 扫描仪一样，在不同的角度重复该过程。这些角度是通过在成像脉冲到达前几皮秒（10⁻¹² 秒）使用较弱的激光脉冲将样品中的所有氮分子对齐来设置的。
成像结果与理论计算的电子轨道形状非常吻合。慕尼黑附近马克斯·普朗克量子光学研究所的 Ferenc Krausz 说：“当我第一次看到实验获得的分子轨道图像时，我感到非常兴奋。” “这项技术具有巨大的潜力。” 在 2003 年底，Krausz 的研究小组展示了另一种使用 250 阿秒 (2.5 x 10⁻¹⁶ 秒) 的极紫外光脉冲进行成像的方法，这是有史以来产生的最短光脉冲。这两种方法是互补的——Krausz 的方法涉及内层电子的动力学，而 Corkum 和 Villeneuve 的方法则作用于最外层电子。
人们非常感兴趣的是将该技术应用于更复杂的分子以及在进行化学反应过程中捕获的分子。Villeneuve 说，他正在考虑三氟甲基碘，该分子可以通过该小组激光发出的脉冲分解。“然后我们可以追踪解离过程，”他说，“并测量原子如何移动。”