La creación de fotoelectrones a través de la ionización es uno de los procesos más fundamentales en la interacción entre la luz y la materia. Sin embargo, aún quedan preguntas profundas sobre cómo los fotones transfieren su momento lineal a los electrones. Con el primer estudio subfemtosegundo del fotón linealTransferencia de impulso durante un proceso de ionización, los físicos ahora proporcionan una visión sin precedentes sobre el nacimiento de los fotoelectrones.
La interacción entre la luz y la materia es la base de muchos fenómenos fundamentales y diversas tecnologías prácticas. Lo más famoso, en el efecto fotoeléctrico, son los electrones emitidos por un material que está expuesto a la luz de energía adecuada. Durante mucho tiempo, el origen deel fenómeno siguió siendo un enigma, y solo con el advenimiento de la teoría cuántica, y gracias al genio de Albert Einstein, el efecto se entendió completamente. Einstein recibió el Premio Nobel de Física de 1921 por su descubrimiento de las leyes subyacentes, y desde entoncesentonces el efecto se ha aprovechado en aplicaciones que van desde la espectroscopía hasta los dispositivos de visión nocturna. En algunos casos importantes, el principio clave es la transferencia no de energía sino de impulso lineal, o impulso, de fotones a electrones.caso, por ejemplo, cuando la luz láser se usa para enfriar objetos microscópicos y macroscópicos, o para comprender el fenómeno de la presión de radiación.
A pesar de la importancia fundamental de la transferencia de impulso, los detalles precisos de cómo la luz transmite su impulso a la materia aún no se comprenden completamente. Una razón es que el impulso transferido cambia durante un ciclo óptico en escalas de tiempo extremadamente rápidas de subfemtosegundos. EntoncesHasta ahora, los estudios revelaron principalmente información sobre el comportamiento promediado en el tiempo, faltando aspectos dependientes del tiempo de la transferencia de momento lineal durante la fotoionización. Este vacío ahora ha sido llenado por el grupo de Ursula Keller en el Instituto de Electrónica Cuántica, como informan en unartículo publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
Analizaron el caso de altas intensidades de láser, donde múltiples fotones están involucrados en el proceso de ionización, e investigaron cuánto momento se transfiere en la dirección de la propagación del láser. Para lograr una resolución de tiempo suficiente, emplearon la llamada técnica attoclock, que se ha desarrollado y refinado en el laboratorio de Keller durante la última década. En este método, se logra una resolución de tiempo de segundos sin tener que producir pulsos de láser de segundos. En cambio, la información sobre el vector de campo láser giratorio cerca de la luz polarizada circular essolía medir el tiempo relativo al evento de ionización con una precisión de attosegundos. Muy similar a la manecilla de un reloj: justo ahora esta manecilla del reloj gira a través de un círculo completo dentro de un ciclo óptico de 11.3-fs de duración.
Con esta herramienta versátil a la mano, los físicos de ETH pudieron determinar la cantidad de momento lineal que los electrones ganaron dependiendo de cuándo nacieron los fotoelectrones. Descubrieron que la cantidad de momento transferido en la dirección de propagación del láser realmente dependecuando, durante el ciclo de oscilación del láser, el electrón está "liberado" de la materia, en su caso átomos de xenón. Esto significa que, al menos para el escenario que exploraron, la imagen de presión de radiación promediada en el tiempo no es aplicable.puede reproducir el comportamiento observado casi por completo dentro de un modelo clásico, mientras que muchos escenarios de interacción de materia de luz, como la dispersión de Compton, solo pueden explicarse dentro de un modelo de mecánica cuántica.
Sin embargo, el modelo clásico tuvo que extenderse para tener en cuenta la interacción entre el fotoelectrón saliente y el ión xenón residual. Esta interacción, muestran en sus experimentos, induce un retraso adicional de attosegundos en el momento de la transferencia de momento lineal en comparacióna la predicción teórica de un electrón libre nacido durante el pulso. Si estos retrasos son una propiedad general de la fotoionización o si se aplican solo para el tipo de escenarios investigados en el presente estudio permanece abierto por ahora. Sin embargo, lo que está claro es queCon este primer estudio de la transferencia lineal de momento durante la ionización en la escala de tiempo natural del proceso, el grupo Keller abrió una nueva ruta emocionante para explorar la naturaleza fundamental de las interacciones de la materia liviana, cumpliendo así una promesa central de la ciencia de attosegundos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Departamento de Física de Zurich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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