Πρώτο φως για τη φυσική της κλίμακας atto

Από σελίδα του PhysicsWeb, 25 Οκτωβρίου 2002

Ευρωπαίοι φυσικοί έχουν εκτελέσει τα πρώτα πειράματα με μια πηγή φωτός της κλίμακας attosecond ( 10^-18 δευτερόλεπτα). Ο Markus Drescher και συνάδελφοι του στο Πανεπιστήμιο του Μπίλεφελντ στη Γερμανία και το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης στην Αυστρία χρησιμοποίησαν τους υπερβραχέους παλμούς για να ερευνήσει την αναδιοργάνωση του ηλεκτρονιακού νέφους γύρω από ένα άτομο κρυπτού σε ένα πείραμα ελέγχου άντλησης ηλεκτρονίων σε μια ανώτερη στιβάδα ( Nature 419 803).

Στο πείραμα, ο υπερβραχύς παλμός των ακτίνων-X μετακίνησε αρχικά ένα ηλεκτρόνιο από μια τροχιά κοντά στον πυρήνα του ατόμου. Η ομάδα μέτρησε το χρόνο που μεσολάβησε ανάμεσα στο άδειασμα της θέσης και στο ξαναγέμισμα της με ένα ηλεκτρόνιο με προσοχή, ώστε να ελέγξει τη χρονική καθυστέρηση μεταξύ της άντλησης των ακτίνων-X και των επόμενων κρίσιμων παλμών  λέιζερ.

Αυτό δεν ήταν εφικτό πριν, επειδή οι διαδικασίες αποσύνθεσης στο νέφος των ηλεκτρονίων χρειάζονται μόλις μερικά femtoseconds (δηλαδή 10^-15 sec) - και οι γρηγορότερες πηγές λέιζερ έχουν παρόμοιας διάρκειας παλμούς. Εντούτοις, η πηγή attosecond που αναπτύσσεται προσφάτως από τον Ferenc Krausz και τους συνάδελφους του στη Βιέννη έχει ανοίξει νέες δυνατότητες για την παρακολούθηση των πάρα πολύ γρήγορων ατομικών φαινομένων.

Με αυτούς τους attosecond παλμούς θα μπορέσουμε για πρώτη φορά να παρακολουθήσουμε μια μεγάλη γκάμα δυναμικών φαινομένων των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα. Για παράδειγμα μαζί με τη θεμελιακής σημασίας παρακολούθηση των κβαντικών μεταπτώσεων των ηλεκτρονίων, θα γίνει δυνατή η ανάπτυξη ισχυρών laser ακτίνων-Χ, που θα έχουν πολλές εφαρμογές στην Φυσική, τη Χημεία και τη Βιοχημεία.

"Είναι θεμελιώδες ότι ο συναρπαστικός παλμός των ακτίνων-X είναι πολύ βραχύτερος από τη διαδικασία αποσύνθεσης που ερευνάται για να επιτύχει καλή χρονική ανάλυση", λέει ο Drescher. Η άντληση των παλμών πρέπει να είναι στην ίδια περιοχή με τις ακτίνες-X επειδή η διάρκεια του σφυγμού περιορίζεται πλήρως από το μήκος κύματος της. Το όριο για τους ορατούς παλμούς που δίνονται με την περίοδο ταλάντωσης του φωτός, είναι περίπου 2,5 femtoseconds. Για την δική μας πηγή των ακτίνων-X , το θεμελιώδες όριο ωθήθηκε σε 40 attoseconds".

Ο Drescher λέει ότι ο επόμενος στόχος της ομάδας είναι να μετρήσει φαινόμενα υπο-femtoseconds, όπως τις διαδικασίες ιονισμού, που περιλαμβάνουν δύο ή περισσότερες ανταγωνιστικές διαβάσεις.

Σχολιάζοντας την εργασία στο περιοδικό Nature, ο Louis DiMauro του Εθνικού Εργαστηρίου στο Brookhaven είπε ότι η πηγή attosecond είναι αρκετά γρήγορη για να συλλάβει τα ηλεκτρόνια που κινούνται κοντά στον πυρήνα. "Υπάρχουν λίγες εργασίες που αναγγέλλουν την αρχή μιας νέας εποχής, αλλά αυτό το έγγραφο βρίσκεται σε αυτή την κατηγορία", λέει. "Μπαίνουμε σε μια νέα σφαίρα της υπερταχείας μέτρησης - η εποχή της attophysics έχει ξεκινήσει".