Tunelowanie z attosekundową precyzją
Zgodnie z prawami fizyki kwantowej elektrony związane z atomami mogą przenikać przez barierę potencjału na podobieństwo fali. Fala może dotrzeć do drugiej strony potencjału bez przechodzenia nad nim. To, ile czasu zajmuje elektronowi przejście przez barierę, jest przedmiotem rozważań teoretycznych od zarania fizyki kwantowej. W 2008 r. badacze ze Szwajcarskiego Federalnego Instytuty Technologii w Zurychu (ETHZ) przeprowadzili doświadczenie polegające na manipulowaniu atomami helu przy pomocy impulsu lasera w celu obniżenia bariery jonizacji. Dzięki temu jeden z elektronów mógł łatwo wydostać się z układu, a uczeni po raz pierwszy zmierzyli czas tunelowania. Naukowcy ci postanowili zrealizować projekt "Ultrafast lasers and attosecond dynamics" (ULAD) w celu stworzenia solidnych podstaw teoretycznych dla prowadzonych przez siebie eksperymentów. W ramach projektu ULAD badacze porównali przewidywania najważniejszych teorii i zastosowali nowe podejście do obliczania czasu tunelowania, oparte na wykorzystaniu całek po trajektoriach Feynmana do szacowania prawdopodobieństwa czasów tunelowania. Metoda ta pozwoliła na uzyskanie wyników zgodnych z danymi eksperymentalnymi. Uczestnicy projektu ULAD zastosowali adiabatyczne i nieadiabatyczne modele do obliczania czasu tunelowania na podstawie pomiarów doświadczalnych. Różnice między teoretycznie wyliczonymi czasami tunelowania i pomiarami doświadczalnymi zostały poddane dogłębnej analizie. Dzięki temu uczeni poszerzyli swoją wiedzę teoretyczną na temat procesów fizycznych związanych z przechodzeniem elektronów przez barierę potencjału. Wynik prac prowadzonych w projekcie ULAD opisano w sześciu artykułach naukowych opublikowanych w renomowanych czasopismach naukowych: Physical Review Letters, Optica, J. Phys. B (wyróżnione jako ważny artykuł J. Phys. B Highlight w roku 2013) oraz New Journal of Physics (uznane za ważny artykuł roku 2013 we wszystkich czasopismach IOP). Prace te cieszyły się także dużym zainteresowaniem podczas międzynarodowych konferencji, na których były prezentowane. Zaplanowano już dalsze eksperymenty na ETHZ mające na celu weryfikację wyników ULAD. Odpowiedź na pytania wynikające z wyników doświadczeń da fizykom pełniejszą wiedzę na temat budowy atomów oraz samego procesu jonizacji.
Słowa kluczowe
Tunelowanie, attosekunda, elektrony, fizyka kwantowa, ultraszybkie lasery
