Tyrėjai įgyvendina atominius jungiklius

Dvigubai ličio jonizacija ultravioletiniais fotonais pavyko

Stebimas skleidžiamo fotoelektrono impulsų pasiskirstymas po vienkartinių ličio atomų jonizacijos: jonizacija iš 2s apvalkalo (a), 1s korpuso (b) ir 1s korpuso, tuo pat metu sužadinant kitą elektroną (c). © Branduolinės fizikos MPI
skaityti garsiai

Pirmą kartą laisvųjų elektronų lazerio FLASH tyrėjai, esantys tyrimų centre DESY Hamburge, suprato savotišką jungtį atominiam atominiam procesui. Ličio atomų dvigubos jonizacijos tikimybė, kai švitinama ultravioletiniu spinduliu, galėtų būti kontroliuojama tikslingai manipuliuojant vienu iš dalyvaujančių atominių elektronų orbitų. Buvo pakeista tik erdvinė orbitos orientacija.

Tai, kaip sudėtingos sistemos atsiranda dėl paprastų komponentų sąveikos, yra vienas iš pagrindinių fizikos klausimų. Esminį vaidmenį vaidina abipusė dalelių įtaka, vadinama koreliacija, kuri galiausiai lemia, kad visuma yra daugiau nei paprasta jos dalių suma. Net trijų kūnų problema atskleidžia susijusius matematinius sunkumus.

Valdomu būdu valdyti kelių dalelių procesus

Vienas šiuolaikinės atominės fizikos tikslas yra ne tik geriau suprasti kelių dalelių procesus, bet ir kontroliuojamu būdu jais manipuliuoti. Tai pasiekė tyrėjai, dirbantys kartu su Aleksandru Dornu Makso Plancko branduolinės fizikos institute Heidelberge, dvigubo ličio jonizacijos ultravioletiniais fotonais pavyzdžiu, kuriame jie specialiai paruošė erdvės atomo struktūrą.

Matavimai buvo įmanomi beprecedentiu trijų pažangiausių metodų deriniu: 85 eV energijos fotonai, kurie sukelia reakciją, buvo aprūpinti nauju laisvųjų elektronų lazeriu Hamburge. Šie susiduria su ypač mažais ličio atomais, atvėsusiais iki labai žemos temperatūros - 0, 1 laipsnio aukščiau absoliutaus nulio - magneto-optinėje gaudyklėje, įstrigusioje lazerio šviesos jėgomis. Ten juos galima specialiai paruošti tolimesniais lazeriais. Galiausiai, ši gaudyklė yra vadinamajame reakcijos mikroskope, kuris leidžia vienu metu ir labai efektyviai aptikti visus didelės skiriamosios gebos reakcijos produktus, elektronus ir jonus.

Nuo vienos iki dvigubos jonizacijos

Paveiksle pavaizduotas stebimas elektronų greičio pasiskirstymas po ličio jonizacijos ultravioletiniais fotonais: Skirtingi žiedo formos modeliai atitinka jonizaciją iš išorinio 2s apvalkalo (a), iš 1s apvalkalo (b) ir iš 1s korpuso. tuo pat metu sužadinant vieną iš likusių elektronų ant 2p apvalkalo (c). Pagrindas yra foto efektas, kurį pirmą kartą teisingai išaiškino Einšteinas 1905 m., Kai visa vieno šviesos kvanto (fotono) energija pirmiausia perkeliama į tiksliai vieną elektroną. displėjus

Tačiau tai gali perduoti dalį savo energijos per abipusį elektrinį atstūmimą, kurį nurodo brūkšniuota liniuota linija, į kitą elektroną ir, kaip ir (c) atveju, sužadinti jį į surištą būseną - koreliuojamą procesą., Lygiai tokiu pačiu būdu šis elektronas taip pat gali gauti tiek energijos, kad jis taip pat palieka atomą, todėl vyksta dviguba jonizacija.

Parodytas paruošto ličio atomų dvigubos jonizacijos (a) vertikaliai poliarizuota UV šviesa (b) vaizdas. Antrojo elektrono išmetimo tikimybė ant 2p apvalkalo priklauso nuo to, ar jo orbita (raudonos skiltelės) yra lygiagreti ar statmena šviesos poliarizacijai. MPI branduolinei fizikai

Žadinimas optiniu lazeriu

Dorn ir jo kolegos optiniu lazeriu sužadino 2s elektroną į 2p orbitalę, pagal kurią galima specialiai suplanuoti jo erdvinę orientaciją (raudonos skiltelės). Antrame etape elektronas buvo išlaisvintas iš 1s apvalkalo švitinant poliarizuotais UV lazerio impulsais. Kaip jau matyti iš vienos jonizacijos matavimų, geriau elektroną skleisti elektrinio lazerio lauko (E) kryptimi (mėlynos skiltelės). Dabar tyrėjai gali pasirinkti paruoštą 2p orbitalę sulyginti lygiagrečiai arba statmenai lazerio laukui, o tai daro didelę įtaką dvigubos jonizacijos tikimybei - suderinus lygiagrečiai ji padidėja, kitu atveju - aiškiai slopinama. CKT.

Sėkmingas bandomasis eksperimentas

Šis poveikis pasireiškia tik esant labai mažai skleidžiamų elektronų energijai, tai yra arti dvigubos jonizacijos energijos slenksčio; jis išnyksta esant aukštesnėms energijoms. Ties slenksčiu du elektronai yra visiškai koreliuojami, jie turi tiksliai sureguliuoti savo energiją ir kampą, kad abu galėtų išeiti iš potencialaus jonų šulinio: jie nori pabėgti visiškai priešingomis kryptimis - kas per Pageidautina, kad lygiagretus derinimas vyktų.

Pasak tyrėjų, šis bandomasis eksperimentas parodo, kad koreliuotas kelių elektronų būsenos pokytis surištuose sistemose, čia esant dvigubai atomų jonizacijai, yra visiškai kontroliuojamas paruošiant lazeriu ir, esant tinkamoms pasirinktoms sąlygoms, praktiškai galima įjungti ir išjungti. Šis naujai sukurtas metodas ne tik suteikia tolimų įžvalgų apie kvantinės dinamikos elektronų koreliaciją atominėse sistemose, bet tyrėjai tikisi tokio koreliacinio poveikio kitose kvantinėse sistemose.

(„idw“ - Makso Planko branduolinės fizikos institutas, 2009 09 24 - DLO)