Por primera vez en la historia, los físicos láser han registrado un evento atómico interno con una precisión de una billonésima de mil millonésima de segundo.
Cuando la luz incide en los electrones de los átomos, sus estados pueden cambiar inimaginablemente rápidamente. Los físicos láser de LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica MPQ ahora han medido la duración de tal fenómeno, a saber, el de la fotoionización, en el que unUn electrón sale de un átomo de helio después de la excitación por la luz, por primera vez con precisión de zeptosegundo. Un zeptosegundo es una billonésima de milmillonésima de un segundo 10-21 s. Esta es la primera determinación absoluta de la escala de tiempo de la fotoionización, y laEl grado de precisión alcanzado no tiene precedentes para una medición directa de la interacción de la luz y la materia.
Cuando una partícula de luz fotón interactúa con los dos electrones en un átomo de helio, los cambios tienen lugar no solo en una escala de tiempo ultracorta, sino que también entra en juego la mecánica cuántica. Sus reglas dictan que o bien toda la energía delEl fotón es absorbido por uno de los electrones, o la energía se distribuye entre ellos. Independientemente del modo de transferencia de energía, un electrón es expulsado del átomo de helio. Este proceso se llama fotoemisión, o efecto fotoeléctrico, y fue descubierto por AlbertEinstein a principios del siglo pasado. Para observar lo que ocurre, se necesita una cámara con una velocidad de obturación increíblemente rápida: todo el proceso, desde el punto en el que el fotón interactúa con los electrones hasta el instante en que uno de los electronessale del átomo, tarda entre 5 y 15 attosegundos 1 como 10-18 segundos, como han descubierto los físicos en los últimos años.
Usando un método mejorado de medición, los físicos de Munich ahora pueden capturar con precisión eventos que ocurren en escalas de tiempo de hasta 850 zeptosegundos. Los investigadores dirigieron un pulso de luz extremadamente ultravioleta XUV de attosegundos de largo sobre un átomo de helio para excitar los electrones.Al mismo tiempo, dispararon un segundo pulso de láser infrarrojo al mismo objetivo, que duró unos cuatro femtosegundos 1 fs es 10-15 segundos. El electrón expulsado fue detectado por el pulso de láser infrarrojo tan pronto como dejó el átomo enrespuesta a la excitación de la luz XUV. Dependiendo del estado exacto del campo electromagnético oscilante de este pulso en el momento de la detección, el electrón se aceleraba o desaceleraba. Al medir este cambio de velocidad, los investigadores pudieron establecer la duración deel evento de fotoemisión con precisión de zeptosegundos. Además, los investigadores también pudieron determinar, por primera vez, cómo se distribuye mecánicamente cuánticamente la energía del fotón incidented entre los dos electrones del átomo de helio en los últimos attosegundos antes de la emisión de una de las partículas.
"Nuestra comprensión de estos procesos dentro del átomo de helio nos proporciona una base tremendamente confiable para experimentos futuros", explica Martin Schultze, especialista en física láser de la Cátedra de Física Experimental de LMU, quien dirigió los experimentos en el MPQ. Él ySu equipo pudo correlacionar la precisión de zeptosegundos de sus experimentos con las predicciones teóricas hechas por sus colegas en el Instituto de Física Teórica de la Universidad Técnica de Viena. Con sus dos electrones, el helio es el sistema más complejo cuyas propiedades se pueden calcular completamente a partir deteoría cuántica. Esto hace posible conciliar la teoría y la experimentación. "Ahora podemos derivar la descripción mecánica de ondas completa del sistema entrelazado de electrones y átomo principal de helio ionizado a partir de nuestras mediciones", dice Schultze.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen LMU . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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