Kvantinterferens observeret i realtid:Ekstrem UV-lys spektroskopi teknik

Et team ledet af prof. Dr. Frank Stienkemeier og dr. Lukas Bruder fra Institut for Fysik ved Freiburg Universitet er lykkedes i realtid at observere ultrahurtige kvanteforstyrrelser-med andre ord svingningsmønstre-af elektroner, der findes i atomskallerne af sjældne gasatomer. Det lykkedes dem at observere svingninger med en periode på omkring 150 attosekunder - et attosekund er en milliarddel af en milliarddel af et sekund. Til denne ende, forskerne ophidsede sjældne gasatomer med specielt forberedte laserpulser. Derefter sporede de atomernes respons med en ny måleteknik, der gjorde dem i stand til at studere kvantemekaniske effekter i atomer og molekyler ved ekstremt høj tidsopløsning. Forskerne præsenterer deres resultater i den seneste udgave af Naturkommunikation .

Mange kemiske reaktioner, såsom brud på bindinger i molekyler, udløses af lysets absorption. I første øjeblik efter absorptionen, fordelingen af ​​elektronerne i atomskallen ændres, signifikant indflydelse på det efterfølgende forløb af reaktionen. Denne ændring sker ekstremt hurtigt; tidsskalaerne når ind i attosekundområdet. Tidligere anvendte spektroskopiske teknologier, der bruger synlige laserpulser, er ikke hurtige nok til at spore sådanne processer. Så forskere rundt om i verden udvikler i øjeblikket innovative laserkilder og passende spektroskopiske teknologier inden for ultraviolette og røntgenområder.

Stienkemeiers team har udvidet en teknologi kendt fra det synlige spektrum, kohærent pumpesonde-spektroskopi, i det ultraviolette område. Dette er spektralområdet mellem røntgenstråling og ultraviolet lys. At gøre dette, forskerne udarbejdede en sekvens af to ultrakorte laserpulser i det ekstreme ultraviolette område ved FERMI fri elektronlaseren i Trieste, Italien. Impulserne blev adskilt med et præcist defineret tidsinterval og havde et præcist defineret faseforhold til hinanden. Den første puls starter processen i elektronskallen (pumpeprocessen). Den anden puls undersøger status for elektronskallen på et senere tidspunkt (sondeproces). Ved at ændre tidsintervallet og faseforholdet, forskerne kunne nå konklusioner om den tidsmæssige udvikling i elektronskallen. "Den største udfordring var at opnå præcis kontrol over pulsegenskaberne og at isolere de svage signaler, "forklarer Andreas Wituschek, der stod for forsøgsproceduren.

Freiburg -fysikerne studerede den sjældne gasargon, blandt andre. I argon forårsager pumpepulsen en særlig konfiguration af to elektroner i atomskallen:denne konfiguration går i opløsning, med en elektron, der forlader atomet på meget kort tid, og atomet endelig er tilbage som en ion. Det lykkedes forskerne for første gang at observere det øjeblikkelige tidsmæssige forfald af kvanteinterferens, da en elektron forlod atomet. "Dette eksperiment baner vejen for mange nye anvendelser i studiet af atomare og molekylære processer efter selektiv stimulering med højenergistråling i det ekstreme ultraviolette område, «siger Bruder.