Физики впервые уловили движения электронов с точностью до аттосекунд

Фото: WayTru/flickr

Международная группа ученых при участии физиков из МГУ имени Ломоносова впервые в мире смогла доказать, что возможно контролировать квантовые процессы с точностью до трех аттосекунд — одной миллиардной доли миллиардной доли секунды.

Эксперимент проводился на лазере на свободных электронах FERMI, установленном в международном исследовательском центре Elettra Sincrotrone в итальянском городе Триест. Исследование ученых опубликовано в журнале Nature Photonics. Подробности работы приводит пресс-служба МГУ.

Если время движения атомов в молекуле характеризуется фемтосекундами (миллионная доля миллиардной доли секунды), то электронная динамика, которая и определяет химические связи, протекает в тысячу раз быстрее — за промежутки времени, исчисляемые десятками и сотнями аттосекунд. Одна аттосекунда относится к одной секунде так же, как одна секунда — к времени жизни Вселенной, и измерение процессов с такой точностью делает возможным квантовые исследования, которые нельзя было выполнить до сих пор.

Ученые работали на рентгеновском лазере на свободных электронах, который генерирует излучение с уникальной комбинацией свойств: длиной волны в ультрафиолетовом или мягком рентгеновском диапазонах, беспрецедентной яркостью, ультракороткими фемтосекундными импульсами, перестраиваемостью частоты и поляризации. Однако до сих пор его характеристики не позволяли проводить наблюдения за аттосекундными изменениями.

В эксперименте физики решили облучать атом неона импульсами излучения лазера не одной частоты, как это делали раньше, а сразу двух и затем наблюдали за направлением вылета фотоэлектронов (электронов, который выделились под воздействием световой энергии) из атома. В результате ученые по косвенным признакам смогли различить электроны, вылетевшие из атома с интервалом в три аттосекунды.

«В этой работе главный вывод заключается в том, что это вообще в принципе возможно — контролировать квантовые процессы с точностью до нескольких аттосекунд, — комментирует открытие один из авторов статьи, сотрудник МГУ Елена Грызлова. — Мы ожидаем, что это направление будет развиваться и дальше, поскольку проблема осуществления квантового управления и контроля — один из краеугольных вопросов фундаментальной физики».

Ранее группа исследователей, также занимающихся аттофизикой, научилась управлять движением отдельных электронов в молекуле. Новая техника поможет контролировать химические реакции, что пригодится в том числе при разработке лекарств.
Теги:

Читать еще на Чердаке: