Albert Einstein recibió el Premio Nobel por explicar el efecto fotoeléctrico: en su forma más intuitiva, un solo átomo se irradia con luz. Según Einstein, la luz consiste en partículas fotones que transfieren solo energía cuantificada al electrón del átomoSi la energía del fotón es suficiente, expulsa los electrones del átomo. Pero, ¿qué sucede con el impulso del fotón en este proceso? Los físicos de la Universidad de Goethe ahora pueden responder esta pregunta. Para ello, desarrollaron y construyeron y nuevosespectrómetro con resolución previamente inalcanzable.
El estudiante de doctorado Alexander Hartung se convirtió en padre dos veces durante la construcción del aparato. El dispositivo, que tiene tres metros de largo y 2.5 metros de alto, contiene aproximadamente tantas partes como un automóvil. Se encuentra en la sala de experimentos del edificio de Física enCampus de Riedberg, rodeado por una carpa opaca y negra dentro de la cual se encuentra un láser de alto rendimiento. Sus fotones colisionan con átomos de argón individuales en el aparato y, por lo tanto, eliminan un electrón de cada uno de los átomos. El impulso de estos electrones en el momento desu apariencia se mide con extrema precisión en un tubo largo del aparato.
El dispositivo es un desarrollo adicional del principio COLTRIMS que se inventó en Frankfurt y, mientras tanto, se ha extendido por todo el mundo: consiste en ionizar átomos individuales, o romper moléculas, y luego determinar con precisión el impulso de las partículas. Sin embargo, elLa transferencia del momento de los fotones a los electrones predichos por los cálculos teóricos es tan pequeña que antes no era posible medirla. Y esta es la razón por la cual Hartung construyó los "súper COLTRIMS".
Cuando numerosos fotones de un pulso láser bombardean un átomo de argón, lo ionizan. Romper el átomo consume parcialmente la energía del fotón. La energía restante se transfiere al electrón liberado. La pregunta de qué pareja de reacción electrón o núcleo del átomoconserva el impulso del fotón que ha ocupado a los físicos durante más de 30 años ". La idea más simple es esta: siempre que el electrón esté unido al núcleo, el impulso se transfiere a la partícula más pesada, es decir, al núcleo del átomo.se libera, el impulso de fotones se transfiere al electrón ", explica el supervisor de Hartung, el profesor Reinhard Dörner del Instituto de Física Nuclear. Esto sería análogo al viento que transfiere su impulso a la vela de un barco. Mientras la vela estéfirmemente unido, el impulso del viento impulsa el bote hacia adelante. Sin embargo, en el instante en que las cuerdas se rompen, el impulso del viento se transfiere solo a la vela.
Sin embargo, la respuesta que Alexander Hartung descubrió a través de su experimento es, como es típico de la mecánica cuántica, más sorprendente. El electrón no solo recibe el impulso esperado, sino que además un tercio del impulso fotónico que realmente debería haber ido ael núcleo del átomo. Por lo tanto, la vela del bote "sabe" del inminente accidente antes de que se rompan los cables y roba un poco del impulso del bote. Para explicar el resultado con mayor precisión, Hartung utiliza el concepto de luz como una onda electromagnética:"Sabemos que los electrones hacen un túnel a través de una pequeña barrera de energía. Al hacerlo, el fuerte campo eléctrico del láser los aleja del núcleo, mientras que el campo magnético transfiere este impulso adicional a los electrones".
Hartung utilizó una configuración de medición inteligente para el experimento. Para asegurarse de que el pequeño impulso adicional del electrón no fuera causado accidentalmente por una asimetría en el aparato, hizo que el pulso láser golpeara el gas desde dos lados: desde la derecha oa la izquierda, y luego desde ambas direcciones simultáneamente, que fue el mayor desafío para la técnica de medición. Este nuevo método de medición de precisión promete una comprensión más profunda del papel previamente inexplorado de los componentes magnéticos de la luz láser en la física atómica.
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Materiales proporcionado por Universidad Goethe de Frankfurt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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