Как измерить квантовое состояние фотоэлектронов?

Исследователи Лундского университета в Швеции совершили прорыв в области квантовой физики, разработав новую методику измерения квантового состояния электронов, выбиваемых из атомов под действием высокоэнергетических световых импульсов.
Как измерить квантовое состояние фотоэлектронов?
Изображение носит иллюстративный характер

Когда высокоэнергетический свет в диапазоне экстремального ультрафиолета или рентгеновского излучения попадает на атом или молекулу, он может выбить электрон. Этот процесс, известный как фотоэлектрический эффект, лежит в основе фотоэлектронной спектроскопии. Традиционно фотоэлектрон рассматривался как классическая частица, хотя в действительности это квантовый объект, требующий квантово-механического описания.

Новая методика, названная KRAKEN, позволяет измерять полное квантовое состояние фотоэлектрона. Принцип работы схож с компьютерной томографией в медицине: делается серия двумерных «снимков» с разных углов для реконструкции трехмерного объекта. В эксперименте атомы ионизируются сверхкороткими высокоэнергетическими световыми импульсами, а затем пара лазерных импульсов разных цветов используется для получения двумерных снимков.

Дэвид Бусто, доцент кафедры атомной физики Лундского университета и соавтор исследования, опубликованного в Nature Photonics, отмечает историческую значимость работы. Более века назад Альберт Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект, заложив основы квантовой механики. В 1981 году Кай Зигбан получил Нобелевскую премию за развитие фотоэлектронной спектроскопии.

Впервые удалось измерить квантовое состояние электронов, испускаемых атомами гелия и аргона. Исследователи обнаружили, что квантовое состояние фотоэлектрона зависит от материала, из которого он выбивается. Эта методика открывает новые возможности для изучения молекулярных газов, жидкостей и твердых тел.

Потенциальные применения включают исследования атмосферной фотохимии и систем преобразования света, таких как солнечные элементы и фотосинтез. Работа объединяет достижения аттосекундной науки и спектроскопии с квантовой информатикой и технологиями.

Успех эксперимента особенно примечателен тем, что предыдущие попытки измерения квантового состояния сталкивались с проблемой необходимости экстремальной стабильности в течение длительных периодов. Исследователям в Лунде удалось достичь требуемых стабильных условий, что открывает новую главу в понимании взаимодействия света и материи на квантовом уровне.


Новое на сайте

19857Острова как политический побег: от Атлантиды до плавучих государств Питера Тиля 19856Яйца, которые спасли предков млекопитающих от худшего апокалипсиса на Земле? 19855Могут ли омары чувствовать боль, и почему учёные требуют запретить варить их живыми? 19854Премия в $3 млн за первое CRISPR-лечение серповидноклеточной анемии 19853Почему сотрудники игнорируют корпоративное обучение и как это исправить 19852Тинтагель: место силы Артура или красивая легенда? 19851Голоса в голове сказали правду: что происходит, когда галлюцинации ставят диагноз точнее... 19850Куда исчезает информация из чёрных дыр, если они вообще исчезают? 19849Чёрная дыра лебедь Х-1 бросает джеты со скоростью света — но кто ими управляет? 19848Что увидели фотографы над замком Линдисфарн — и почему они закричали? 19847Почему антисептики в больницах могут создавать устойчивых к ним микробов? 19846Правда ли, что курица может жить без головы? 19845Как Оскар Уайльд использовал причёску как оружие против викторианской морали? 19844Назальный спрей против всех вирусов: как далеко зашла наука 19843«Я ещё не осознал, что мы только что сделали»: первая пресс-конференция экипажа Artemis II
Ссылка