Наблюдение «рождения» электрона

22 августа 2012 г., 11:48

Мощный лазерный луч может выбить электрон из атома. Этот процесс происходит практически мгновенно. Однако в Венском технологическом университете это явление могут теперь наблюдать с разрешением по времени менее чем 10 аттосекунд (10 ^-18 с). Ученые смогли наблюдать ионизацию атома и появление свободного электрона. Эти измерения дают ценную информацию об электронах в атоме, которые до недавнего времени не были экспериментально доступны с точки зрения эволюции электронной квантовой фазы.

В эксперименте короткие лазерные импульсы направлялись на атом. Лазерный импульс выбивал электрон из атома, но точный момент, в который это происходило, не мог быть определен. «Электрон не удалялся из атома в какой-то временной точке в процессе взаимодействия с лазерным импульсом. Присутствовала суперпозиция нескольких процессов, как это часто бывает в квантовой механике», - сказал д-р Маркус Китцлер (Markus Kitzler) из Института фотоники при Венском ТУ. Одиночный электрон покидает атом в различные моменты времени, и эти процессы интерферируют, давая в результате сложную волновую картину. «Эта квантовомеханическая интерференция дает нам информацию о начальном квантовом состоянии электрона в течение процесса ионизации», - пояснил проф. Иоаким Бургдерфер (Joachim Burgdörfer) из Института теоретической физики, чья исследовательская группа тесно сотрудничала с экспериментаторами из Института фотоники.

Квантовые частицы могут интерферировать подобно волнам. Длина волны электронов крайне коротка, квантовая фаза быстро изменяется. «Обычно измерить квантовую фазу очень трудно», - сказал д-р Китцлер. Теперь с помощью высокоточных экспериментов и скрупулезных теоретических вычислений данные о квантовой фазе электрона могут быть получены.

Важным инструментом в этих измерениях был специальный лазерный пучок, состоящий из двух лучей разной длины волны. Лазерный импульс, взаимодействующий с атомом, мог быть настроен очень точно. Используя такие импульсы, ученые могли измерить квантовую фазу электрона, находящегося внутри атома, перед тем, как он выбивался лазером. «Эта квантовая фаза, которую мы можем теперь измерить, также говорит нам об энергетических состояниях электрона внутри атома и о положении, при котором произошла ионизация», - сказал д-р Китцлер. Чтобы сделать это, ученые должны измерить квантовую фазу за менее чем 10 аттосекунд

Наблюдение «рождения» электрона .