Unijni naukowcy bliżej podwójnej jonizacji
Zazwyczaj, kiedy intensywny impuls laserowy wchodzi w interakcję z atomem, następuje wzbudzenie w mikroskali i ta reakcja wytwarza pojedynczą jonizację, czyli wyrzucenie z atomu jednego elektronu. Czasami jednak z atomu mogą zostać wyrzucone w tym samym czasie dwa elektrony, co prowadzi do bardziej złożonego procesu podwójnej jonizacji. Naukowcy z Niemiec i USA zaobserwowali ten proces w skali attosekundowej (attosekunda równa się jednej trylionowej części sekundy) i zaprezentowali swoje odkrycia w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications. Badania uzyskały wsparcie z projektu ATTOFEL (Ultraszybka dynamika wykorzystująca źródła laserowe na swobodnych elektronach ATTosekundowe i XUV), który otrzymał grant sieci szkolenia wstępnego Marie Curie (ITN) w wysokości 3.601.028 EUR w ramach tematu "Ludzie" Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE oraz z projektu Laserlab-Europe (Zintegrowana inicjatywa europejskich infrastruktur badań laserowych), europejskiego konsorcjum największych infrastruktur badań laserowych, dofinansowanego na kwotę 8.650.000 EUR ze środków zintegrowanej inicjatywy infrastruktur w ramach tematu "Możliwości" 7PR. Naukowcy twierdzą, że proces podwójnej jonizacji przypomina grę w bilard, w której jedna bila wprawia drugą w ruch w następstwie zderzenia. Silne światło laserowe wyrzuca elektron z atomu, przyspiesza jego ruch na zewnątrz a następnie z powrotem do jądra atomowego. W czasie zderzenia elektron przekazuje część swojej energii drugiemu elektronowi, który zostaje wprowadzony w stan wzbudzenia jądra. Niedługo później pole elektryczne impulsu lasera uwalnia również drugi elektron z jądra atomowego. Niesekwencyjna jonizacja podwójna zwykle składa się z wielu takich powtórnych zderzeń i wzbudzeń, i często trudno jest precyzyjnie zinterpretować wyniki doświadczeń. Aby przezwyciężyć tę przeszkodę, zespół ograniczył niesekwencyjną jonizację podwójną do pojedynczego zderzenia wtórnego i wzbudzenia, co umożliwiło śledzenie tego procesu w skali attosekundowej. W tym celu naukowcy wysłali cztery, femtosekundowe impulsy laserowe do atomów argonu (femtosekunda równa się jednej biliardowej części sekundy). Fala świetlna impulsu składała się zasadniczo z dwóch fal maksymalnych i dwóch minimalnych (tj. dwóch cykli). Ze względu na działanie pola lasera, większość atomów została najonizowana pojedynczo. Aczkolwiek co tysięczny atom przeszedł niesekwencyjną jonizację podwójną. Zaraz po przejściu fali maksymalnej został najonizowany pierwszy elektron, któremu powrót do jądra atomowego i wzbudzenie drugiego elektronu zajęło około 1,8 femtosekundy. Elektron pozostawał w stanie wzbudzenia przez około 400 attosekund, zanim pole lasera uwolniło go z jądra, tuż przed drugą falą maksymalną. Jeden z autorów artykułu, Boris Bergues z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka, powiedział: "Zaskoczyło nas to, że drugi elektron opuszcza jądro atomowe 200 attosekund przed maksimum drugiego cyklu". Dzięki uporaniu się z wewnętrzną dynamiką kwantową układu wieloelektronowego wyzwalanego laserem zespołowi udało się poddać w wątpliwość założenie, że drugi elektron opuszcza jądro atomowe przy maksimum cyklu. Tego typu badania w skali attosekundowej mają zasadnicze znaczenie dla pogłębienia podstawowej wiedzy na temat interakcji materia - światło, a dalsze zastosowanie tej eksperymentalnej techniki w badaniach molekuł może wyjaśnić bardziej złożone procesy wieloelektronowe w toku reakcji chemicznych.Więcej informacji: Instytut Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka: http://www.mpq.mpg.de/cms/mpq/en/index.html(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Niemcy, Stany Zjednoczone