Когда свет ударяет электроны в атомах, их государства могут измениться невообразимо быстро. Лазерные физики в Мюнхене LMU и Институте Макса Планка Квантовой Оптики (MPQ) теперь измерили продолжительность такого явления – а именно, та из фотоионизации, в которой электрон выходит из атома гелия после возбуждения при свете – впервые с zeptosecond точностью. zeptosecond – одна триллионная одной миллиардной секунда (10-21 с). Это – первое абсолютное определение временных рамок фотоионизации, и степень достигнутой точности беспрецедентна для прямого измерения взаимодействия света и вопроса.Когда световая частица (фотон) взаимодействует с этими двумя электронами в атоме гелия, изменения происходят не только на ультракоротких временных рамках, но и квантовая механика также играет роль.
Его правила диктуют, что или вся энергия фотона поглощена одним из электронов, или энергия распределена между ними. Независимо от способа энергетической передачи один электрон изгнан из атома гелия. Этот процесс называет фотоэмиссией или фотоэлектрическим эффектом, и обнаружил Альберт Эйнштейн в начале прошлого века. Чтобы наблюдать то, что происходит, Вам нужна камера с невероятно быстрой скоростью затвора: целый процесс, от пункта, в котором фотон взаимодействует с электронами к моменту, когда один из электронов оставляет атом, берет между 5 и 15 attoseconds (1, как 10-18 секунд), поскольку физики удались в последние годы.
Используя улучшенный метод измерения, Мюнхенские физики могут теперь точно захватить события, которые происходят на временных рамках вниз к 850 zeptoseconds. Исследователи направили attosecond-длинный, чрезвычайно ультрафиолетовый световой импульс (XUV) на атом гелия, чтобы взволновать электроны. В то же время они запустили второй инфракрасный лазерный пульс в ту же самую цель, длящийся в течение приблизительно четырех фемтосекунд (1 фс составляет 10-15 секунд). Изгнанный электрон был обнаружен инфракрасным лазерным пульсом, как только это оставило атом в ответ на возбуждение светом XUV.
В зависимости от точного государства колеблющегося электромагнитного поля этого пульса во время обнаружения электрон был ускорен или замедлен. Измеряя это изменение в скорости, исследователи смогли установить продолжительность фотоэмиссионного события с zeptosecond точностью. Кроме того, исследователи также смогли определить, впервые, как энергия фотона инцидента – квант, механически распределенный между двумя электронами атома гелия в заключительных немногих attoseconds перед эмиссией одной из частиц.
“ Наше понимание этих процессов в атоме гелия предоставляет нам чрезвычайно надежное основание для будущих экспериментов, ” объясняет Мартин Шулц, специалист в лазерной физике в Председателе LMU Экспериментальной Физики, который привел эксперименты в MPQ. Он и его команда смогли коррелировать zeptosecond точность их экспериментов с теоретическими предсказаниями, сделанными их коллегами в Институте Теоретической Физики в Техническом Венском университете. С его двумя электронами гелий – самая сложная система, свойства которой могут быть вычислены полностью из квантовой теории.
Это позволяет урегулировать теорию и эксперимент. “ Мы можем теперь получить полную волну механическое описание запутанной системы электрона и ионизированного атома родителя гелия от наших измерений, ” говорит Шулц.