Una tecnología láser recientemente desarrollada ha permitido a los físicos en el Laboratorio de Física de Attosegundos administrados conjuntamente por LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica generar ráfagas de fotones de alta energía de intensidad sin precedentes en attosegundos. Esto ha hecho posibleobserve la interacción de múltiples fotones en un solo pulso con electrones en la capa orbital interna de un átomo.
Para observar el movimiento de electrones ultrarrápido en las capas internas de los átomos con pulsos de luz cortos, los pulsos no solo deben ser ultracortos, sino muy brillantes, y los fotones liberados deben tener una energía suficientemente alta. Se ha buscado esta combinación de propiedadesen laboratorios de todo el mundo durante los últimos 15 años. Los físicos en el Laboratorio de Física de Attosegundos LAP, una empresa conjunta entre Ludwig-Maximilians-Universität Munich LMU y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica MPQ, ahoralogró cumplir con las condiciones necesarias para lograr este objetivo. En sus últimos experimentos, han podido observar la interacción no lineal de un pulso de attosegundo con electrones en una de las capas orbitales internas alrededor del núcleo atómico. En este contexto, elEl término 'no lineal' indica que la interacción involucra más de un fotón en este caso particular, dos están involucrados. Este avance fue posible gracias al desarrollo de una nueva fuente de ATTpulsos de osegundos.Un attosegundo dura exactamente una billonésima parte de una billonésima de segundo.
Se ha abierto la puerta para observar el movimiento ultrarrápido de los electrones en el interior de los átomos. Físicos en el Laboratorio de Física de Attosegundos LAP en el LMU Munich han desarrollado una tecnología que les permite generar pulsos de attosegundos intensos. Estos pulsos pueden usarsepara seguir el movimiento de los electrones dentro de las capas internas de los átomos en tiempo real congelando este movimiento a velocidades de obturación de attosegundos.
El procedimiento experimental utilizado para filmar electrones en movimiento utiliza el enfoque de 'bomba-sonda'. Los electrones dentro de un átomo objetivo son excitados primero por un fotón contenido dentro del pulso de la bomba, que luego es seguido después de un breve retraso por un segundofotón en un pulso de sonda. Este último revela esencialmente el efecto del fotón de la bomba. Para implementar este procedimiento, los fotones deben estar tan apretados que un solo átomo dentro del objetivo puede ser golpeado por dos fotones en sucesión. Además, siEstos fotones deben tener la posibilidad de alcanzar las capas internas de electrones, deben tener energías en el extremo superior del espectro ultravioleta extremo XUV. Ningún grupo de investigación ha logrado generar pulsos de attosegundos con la densidad de fotones requerida en esta región espectral..
La tecnología que ahora ha hecho posible esta hazaña se basa en la ampliación de las fuentes convencionales de pulsos de attosegundos. Un equipo dirigido por el profesor Laszlo Veisz ha desarrollado un novedoso láser de alta potencia capaz de emitir ráfagas de luz infrarroja, cada una de las cuales consistede solo unos pocos ciclos de oscilación, que contienen 100 veces más fotones por pulso que en los sistemas convencionales. Estos pulsos, a su vez, permiten la generación de pulsos aislados de attosegundos de luz XUV que contienen 100 veces más fotones que en las fuentes de attosegundos convencionales.
En una primera serie de experimentos, los pulsos de attosegundos de alta energía se enfocaron en una corriente de gas xenón. Los fotones que interactúan con una capa interna de un átomo de xenón expulsan electrones de esa capa e ionizan el átomo. Al usar quéconocido como un microscopio iónico para detectar estos iones, los científicos pudieron, por primera vez, observar la interacción de dos fotones confinados en un pulso de attosegundos con electrones en las capas orbitales internas de un átomo. En experimentos de attosegundos anteriores,solo ha sido posible observar la interacción de los electrones de la capa interna con un solo fotón XUV.
"Los experimentos en los que es posible que los electrones de la capa interna interactúen con dos pulsos de attosegundos XUV a menudo se denominan el Santo Grial de la física de attosegundos. Con dos pulsos XUV, podríamos 'filmar' el movimiento de electrones en elconchas atómicas internas sin perturbar su dinámica ", dice el Dr. Boris Bergues, el líder del nuevo estudio. Esto representa un avance significativo en los experimentos de attosegundos que involucran excitación con un solo fotón XUV de attosegundos. En esos experimentos, el estado resultante fue 'fotografiado'con un pulso infrarrojo más largo, que a su vez tuvo una influencia significativa en el movimiento de electrones resultante.
"La dinámica de los electrones en las capas internas de los átomos son de particular interés, porque resultan de una interacción compleja entre muchos electrones que interactúan entre sí", como explica Bergues. "La dinámica detallada resultante de estas interacciones plantea muchas preguntas,que ahora podemos abordar experimentalmente utilizando nuestra nueva fuente de attosegundos "
En el siguiente paso, los físicos planean un experimento en el que resolverán la interacción al tiempo dividiendo el pulso de attosegundo de alta intensidad en pulsos separados de bomba y sonda.
La aplicación exitosa de la óptica no lineal en el dominio de attosegundos para sondear el comportamiento de los electrones en las capas orbitales internas de los átomos abre la puerta a una nueva comprensión de la dinámica compleja de múltiples cuerpos de partículas subatómicas. La capacidad de filmar el movimiento delos electrones en el interior de los átomos prometen revelar mucho sobre un reino misterioso que ha permanecido oculto a nuestra mirada.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Óptica Cuántica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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