Elektron yeniden çarpışmasını gerçek zamanlı olarak takip edin

Güçlü bir kızılötesi lazer alanındaki elektron hareketi, MPIK fizikçileri tarafından geliştirilen ve MPI-PKS işbirliği yapan araştırmacılar tarafından kuantum dinamiği teorisini doğrulamak için uygulanan yeni bir yöntemle gerçek zamanlı olarak izlenir. Deneysel yaklaşım, iyonlaştırıcı ultraviyole darbenin absorpsiyon spektrumunu, müteakip yakın kızılötesi darbe tarafından sürülen serbest elektronun hareketiyle ilişkilendirir. Makaleleri dergide yayınlandı Fiziksel inceleme mektupları.

Bu deneysel şema için, elektronun hareketinin klasik tanımı, o bir kuantum nesnesi olsa bile doğrulanmıştır. Gelecekte, helyum için burada açıklanan yeni yöntem, çok çeşitli yoğunluklar için büyük atomlar veya moleküller gibi daha karmaşık sistemlere uygulanabilir.

Yüksek harmonik üretimi, yani optik veya yakın kızılötesi (NIR) ışığın aşırı bir ultraviyole (XUV) rejimine dönüştürülmesi, oldukça doğrusal olmayan bir süreç olduğundan, güçlü alan fiziği için temeldir. Ünlü üç adımlı modelde, sürüş ışık alanı (1) elektronu tünelleme iyonizasyonu yoluyla iyonize eder, (2) elektronu iyonik çekirdeğe doğru hızlandırır ve burada tekrar elektronla çarpışır (3) ve XUV ışığı yayar. yeniden birleştirir.

Heidelberg’deki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’ndeki (MPIK) yeni bir deneysel yaklaşımda, Thomas Pfeiffer bölümünden fizikçiler, ilk adımı çifte avantajı olan tek bir XUV fotonun iyonizasyonuyla değiştirdiler. İlk olarak, NIR fazına göre iyonizasyon süresi seçilebilir. Tünel iyonlaşması yalnızca uzak alanda gerçekleşir. Ultra kısa XUV darbesi, yalnızca yüzlerce attosaniyelik bir uzunluğa sahiptir ve saatin kontrol edilebilir, iyi tanımlanmış bir başlangıcını sağlar. İkincisi, NIR lazerler, tünelleme iyonizasyonunun artık mümkün olmadığı yerlerde daha düşük yoğunluklara ayarlanabilir. Bu, elektronların düşük yoğunluklu sonlu bir durumda güçlü alanla yönlendirilen yeniden çarpışmasının incelenmesine izin verir.

Burada kullanılan teknik, daha önce sınırlı elektronlar için Christian Ott’taki grupta geliştirilen, zamana bağlı dipol-moment rekonstrüksiyonu ile attosaniye geçici absorpsiyon spektroskopisidir (Şekil 1). Burada, bu teknik serbest elektronlara genişletilir ve zamana bağlı dipol momentini iyonize elektronların klasik hareketi (yolları) ile ilişkilendirir.

“Model sistem olarak helyuma uygulanan yeni yöntemimiz, iyonlaştırıcı ışığın absorpsiyon spektrumunu elektron yörüngeleriyle ilişkilendiriyor,” diye açıklıyor Ph.D. öğrenci Tobias Heldt. “Bu, dinamikleri kare kare oluşturmak için zaman gecikmeli bir taramaya ihtiyaç duymadan tek bir spektral ölçümle ultra hızlı dinamikleri incelememizi sağlıyor.”

Ölçümler, bazı deneysel parametreler için, bir elektronu iyona döndürme olasılığının, ışık dalgası doğrusal değil, dairesel olarak kutuplanmışsa daha yüksek olabileceğini göstermektedir. Bu, yine de teorisyenler tarafından tahmin edilen önemsiz bir bulgudur. Jonathan Dubois ve Gabriel M.’nin klasik simülasyonları. Dresden’deki MPI-PKS’deki Landau, bu açıklamayı, yani periyodik yörüngelerin yeniden çarpışmasını doğruladı. Şekil 2, bir XUV darbesi (mor) ile iyonizasyondan sonra atomdan çıkan ve bir NIR alanı (kırmızı) tarafından sürülen (arka plan) elektron dalgası paketlerinin kuantum olasılık dağılımındaki değişikliklere karşı klasik bir yörüngeyi (yeşil) göstermektedir.

Bir elektronun bir helyum atomuna (yeniden) çarptığı her sefer (yeşil çizgi beyaz merkez çizgiyi keser), atomik dipolde (merkez çizginin yakınındaki hızlı kırmızı-mavi salınımdan kaynaklanan) karakteristik bir modifikasyona ve zamana bağlı bir artışa neden olur; analiz deneyi ile yakalanabilir Attosaniye absorpsiyon spektroskopisi.

Grup lideri Christian Ott, bu yeni yaklaşımın gelecekteki potansiyeli konusunda iyimser. “Genel olarak, tekniğimiz, lazerle çalışan elektron hareketinin yeni, daha az yoğun bir rejimde keşfedilmesine izin veriyor ve örneğin, atomlar veya daha büyük moleküller içindeki lazerle çalışan elektron dinamiklerini incelemek için farklı sistemlere de uygulanabilir.”