Создание фотоэлектронов с помощью ионизации является одним из самых фундаментальных процессов взаимодействия света и вещества. Несмотря на то, что данный эффект был открыт достаточно давно, все еще остаются вопросы, как фотоны передают свой линейный импульс электронам. В своем исследовании передачи фотонного импульса в процессе ионизации, физики Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе дают представление о рождении фотоэлектронов.
Взаимодействие света и материи является основой многих фундаментальных явлений и различных технологий. Достоверно известно, что при фотоэлектрическом эффекте, вещество, которое облучают светом, излучает электроны. Механизм этого явления долгое время оставался загадкой. Только с появлением квантовой теории, и благодаря гениальности Альберта Эйнштейна, этот эффект был полностью изучен. В 1921 Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике за открытие основных законов фотоэффекта. С тех пор этот эффект используется в различных областях применения, начиная спектроскопией и закачивая приборам ночного видения. В некоторых отдельных случаях важным принципом фотоэффекта является передача линейного импульса от фотонов к электронам, а не энергии как таковой. Это происходит, например, когда лазерный свет используется для охлаждения микроскопических и макроскопических объектов или для понимания явления давления излучения или давления света.
Несмотря на фундаментальную важность передачи импульса, точного понимания того, как свет передает свой импульс материи, до сих пор не было. Одна из причин заключается в том, что передаваемый импульс, во время взаимодействия с материей, изменяется очень быстро. До сегодняшнего момента исследователям удавалось получать информацию лишь о времени взаимодействия, пропуская остальные элементы фотоионизации. Группа Урсулы Келлер из Института квантовой электроники заполнила этот пробел, о чем они сообщается в статье, опубликованной в Nature Communications.
Ученые рассмотрели ситуацию с использованием лазера высокой интенсивности, когда в процессе ионизации участвуют несколько фотонов. Для достижения достаточного временного разрешения они использовали, так называемую, технику аттоклока. При этой технике, достигается аттосекундное временное разрешение (10-18 с) без необходимости производить аттосекундные лазерные импульсы. Вместо этого, для измерения времени события ионизации с аттосекундной точностью, используется информация о векторе лазерного поля, близкого к поляризованному свету.
С помощью этого универсального инструмента физики Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе смогли определить, какую величину линейного импульса получают электроны в зависимости от того, в какой период времени «родились» фотоэлектроны. В случае с атомами ксенона, ученые обнаружили, что величина импульса, передаваемого в направлении распространения лазера зависит от того, в какой момент цикла колебания лазера электрон «освобождается» от вещества.
Классическая модель фотоэффекта должна быть расширена, чтобы учесть взаимодействие между исходящим фотоэлектроном и остаточным ксеноном. Это взаимодействие, как показывают эксперименты, вызывает аттосекундную задержку с высвобождением электрона, рожденного во время передачи линейного импульса, в отличие от теоретических расчетов, где это задержки нет.
Вопрос о том, являются ли такие задержки общим свойством фотоионизации или же они применимы только для сценариев, рассмотренных в настоящем исследовании — пока остается открытым. Однако ясно, что с помощью этого исследования, группа Келлера открыла новый захватывающий путь для исследования самой природы взаимодействия света-материи.
Если понравилась статься, подпишись на наш канал и ставь палец вверх нам будет приятно, да и вам плюсик к карме.
