«Нулевое время» фотоэмиссии оказалось не нулевым

Физики из Technische Universitaet Muenchen (TUM), Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen (LMU) и Max-Planck-Institute of Quantum Optics (MPQ) обнаружили время задержки вылета электрона из атома при фотоэффекте. Вплоть до недавнего времени предполагалось, что оно равно нулю. Эта задержка является самым коротким временным отрезком, который удалось измерить на сегодняшний день.

Физики облучали атомы неона лазерными импульсами света ближней инфракрасной области длительностью менее четырех фемтосекунд (10 ^-15 с). Одновременно атомы бомбардировались импульсами света крайней ультрафиолетовой области длительностью 180 аттосекунд, которые выбивали электроны из внешней 2р-орбиты или из внутренней 2s-орбиты атомов. С помощью управляемого поля синхронизированных лазерных импульсов, служащих в качестве «аттосекундного хронографа», физики затем зарегистрировали, когда возбужденный электрон покидает атом. Их измерения обнаружили, что электроны различных атомных орбит, хотя и возбуждаются одновременно, покидают атомы с небольшой, но измеримой задержкой около 20 аттосекунд.

Задачей определить причину этой задержки занялись теоретики из Лаборатории аттосекундной физики MPQ под руководством Владислава Яковлева. Хотя они смогли подтвердить эффект количественно, используя сложные вычисления, они получили время задержки только пять аттосекунд. Причина этого расхождения может лежать в сложности атома неона, который содержит 10 электронов. «Вычислительные мощности для моделирования такой многоэлектронной системы превышают возможности современных суперкомпьютеров», - сказал Яковлев.

Тем не менее, это исследование уже указало на возможную причину «задумчивости» электронов: электроны взаимодействуют не только с атомным ядром, но и между собой. «Это электрон-электронное взаимодействие может означать, что имеется короткий перерыв, прежде чем электрон будет освобожден его собратьями и покинет атом после соударения с фотоном», - говорит д-р Мартин Шульц (Martin Schulze), сотрудник Лаборатории.

По мнению Ференца Крауза (Ferenc Krausz), эти плохо изученные взаимодействия имеют фундаментальное влияние на движение электронов, которые определяют направление биологических и химических процессов, не говоря уже о скорости микропроцессоров. Эти исследования прольют свет на электронные взаимодействия в атомном масштабе.