Konstanz Üniversitesi’nden fizikçiler, şimdiye kadar üretilen en kısa sinyallerden birini ürettiler. insanlar.
Doğadaki moleküler veya katı hal süreçleri bazen femtosaniye (saniyenin katrilyonda biri) veya attosaniye (saniyenin kentilyonda biri) kadar kısa zaman dilimlerinde gerçekleşebilir. Nükleer reaksiyonlar daha da hızlıdır. Şimdi, Konstanz Üniversitesi’nden bilim adamları Maxim Tsarev, Johannes Thurner ve Peter Baum, attosaniye süresinde, yani nanosaniyenin milyarda biri kadar uzunlukta sinyaller elde etmek için yeni bir deney düzeneği kullanıyor ve bu, alanında yeni perspektifler açıyor. ultra hızlı bir olay.
Işık dalgaları bile böyle bir zaman çözünürlüğüne ulaşamaz çünkü tek bir salınım bunun için çok uzun sürer. Elektronlar, önemli ölçüde daha yüksek zaman çözünürlüğü sağladıklarından burada bir çare sağlıyorlar. Konstanz araştırmacıları, deney düzeneklerinde, bir lazerden gelen femtosaniyelik ışık flaşları çiftlerini kullanarak, serbest uzay ışınında son derece kısa elektron darbeleri üretiyorlar. Sonuçlar Nature Physics dergisinde rapor edilmiştir.
Bilim insanları bunu nasıl gerçekleştirdiler?
Su dalgalarına benzer şekilde, ışık dalgaları da üst üste gelerek duran veya ilerleyen dalga tepeleri ve çukurları oluşturabilir. Fizikçiler geliş açılarını ve frekanslarını, boşlukta ışık hızının yarısı kadar hızla uçan elektronların tam olarak aynı hızdaki optik dalga tepeleri ve çukurlarıyla örtüşmesini sağlayacak şekilde seçtiler.
Bilinen Neler Var? Ponderomotif kuvvet olarak elektronları bir sonraki dalga çukuru yönünde iter. Böylece, kısa bir etkileşimin ardından, özellikle elektrik alanlarının çok güçlü olduğu darbe dizisinin ortasında, zaman açısından son derece kısa olan bir dizi elektron darbesi üretilir.
Kısa bir süre için, Elektron darbelerinin zamansal süresi yalnızca yaklaşık beş attosaniyedir. Bu süreci anlamak için araştırmacılar elektronların sıkıştırmadan sonra kalan hız dağılımını ölçüyorlar. Fizikçi Johannes Thurner şöyle açıklıyor: “Çıkış darbelerinin çok düzgün bir hızı yerine, bazı elektronların sıkıştırma sırasında güçlü yavaşlamasından veya hızlanmasından kaynaklanan çok geniş bir dağılım görüyorsunuz”. “Ama sadece bu da değil: Dağıtım düzgün değil. Bunun yerine, aynı anda yalnızca tam sayıda hafif parçacık çifti elektronlarla etkileşime girebildiğinden, binlerce hız adımından oluşur”.
Araştırmanın önemi
Bilim adamı, mekanik olarak kuantumun şöyle olduğunu söylüyor: bu, farklı zamanlarda aynı ivmeyi deneyimledikten sonra elektronların kendileriyle geçici bir süperpozisyonudur (girişimidir). Bu etki kuantum mekaniksel deneylerle (örneğin, elektronlar ve ışık arasındaki etkileşimle) ilgilidir.
Ayrıca dikkate değer olan şey: Işık huzmesi gibi düzlemsel elektromanyetik dalgalar normalde bir boşluktaki elektronların kalıcı hız değişikliklerine neden olamaz. çünkü büyük kütleli elektronun ve sıfır kütleli hafif parçacığın (foton) toplam enerjisi ve toplam momentumu korunamaz. Ancak, ışık hızından daha yavaş hareket eden bir dalgada aynı anda iki fotonun bulunması bu sorunu çözmektedir (Kapitza-Dirac etkisi).
Fizik profesörü ve University of Işık ve Madde Grubu başkanı Peter Baum için Konstanz, bu sonuçların hala temel araştırmalar olduğunu ancak gelecekteki araştırmalar için büyük potansiyel olduğunu vurguluyor: “Eğer bir malzemeye değişken bir zaman aralığında iki kısa atımımız çarparsa, ilk atım bir değişimi tetikleyebilir ve ikinci atım bir değişimi tetikleyebilir. gözlem için kullanılabilir – bir kameranın flaşına benzer.”
Ona göre en büyük avantaj, deneysel prensipte hiçbir malzemenin yer almaması ve her şeyin boş alanda gerçekleşmesidir. Prensipte gelecekte daha güçlü bir sıkıştırma için herhangi bir güçteki lazerler kullanılabilir. Baum, “Yeni iki fotonlu sıkıştırmamız, zamanın yeni boyutlarına geçmemize ve hatta nükleer reaksiyonları filme almamıza olanak tanıyor” diyor.
Referans: “Serbest elektronlu madde dalgalarının doğrusal olmayan optik kuantum kontrolü”, Maxim Tsarev, Johannes W. Thurner ve Peter Baum, 12 Haziran 2023, Doğa Fiziği.
DOI: 10.1038/s41567-023-02092-6