|  | 10 ноября 2016 | Новости науки и техники

Ученым удалось измерить время явления с точностью до одной зептосекунды

Фотоионизация


Группе ученых-физиков из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Ludwig Maximilians Universitat Munchen, LMU Munich) и Института квантовой оптики Макса Планка (Max Planck Institute of Quantum Optics, MPQ) удалось измерить время между моментом удара фотона света в атом гелия и моментом высвобождения одного из электронов этого атома с точностью одной зептосекунды (триллионной миллиардной доли секунды, 10^-21). И это является первым разом в истории науки, когда промежуток времени был измерен с такой беспрецедентно высокой точностью.

Явление, о котором шла речь выше, называется фотоионизацией. В результате поглощения и квантового перераспределения энергии внутри атома после удара по нему фотона света один из электронов покидает пределы атома и атом превращается в ион. В случае атома гелия энергия фотона распределяется между двумя электронами или полностью поглощается одним из них. Но результат в обоих случаях всегда одинаков - один из электронов покидает пределы атома. В данном процессе работают не только принципы обычной, но и квантовой механики, и поэтому высокоточное измерение времени явления фотоионизации дает ученым в руки подтверждения некоторых аспектов квантовой теории.

Изгнание электрона из атома в результате явления фотоионизации называется фотоэмиссией, фотоэлектрическим эффектом, определенным в статье Альберта Эйнштейна в 1905 году. Это явление служит подтверждением тому, что энергия света передается в виде дискретных пакетов, а все это вместе взятое является одной из основ современной квантовой теории.

Для того, чтобы увидеть явление фотоионизации требуются высокоэнергетические лазеры и камеры с невероятно высокой скоростью съемки. Уровень энергии, требующийся для фиксации явления фотоионизации, находится в районе единиц и десятков мегаэлектронвольт (MeV), а время, за которое происходит явление, находится в пределах 5-15 аттосекунд (аттосекунда - 10^-18 секунды).

Естественно, что для того, чтобы зафиксировать столь быстротечные процессы, требуется особая камера. Даже такие высокоскоростные камеры, как японская система STAMP, способные фиксировать изображения в пределах фемтосекунд (10^-15 секунды), слишком медленны. Новая система, разработанная физиками из Мюнхена, работает на порядки быстрее, позволяя фиксировать события, длящиеся около 850 зептосекунд.

Для того, чтобы получить такую высокую скорость съемки, исследователи использовали аттосекундные импульсы света ультрафиолетового лазера, которые смешивались с импульсами инфракрасного лазера, длительностью в четыре фемтосекунды. Этот суммарный импульс и ударял в наблюдаемый атом гелия, а факт изгнания из него электрона моментально фиксировался при помощи инфракрасного лазерного импульса. Меняя характеристики переменного электромагнитного поля высокоэнергетического ультрафиолетового лазерного импульса, изгоняемый электрон или ускорялся или замедлялся, а изменения этой скорости позволили ученым вычислить время явления фотоионизации с точностью до зептосекунды.

Данный эксперимент имеет весьма важное значение для области квантовой механики, ведь ученым впервые удалось установить, что энергия фотона, поглощенная атомом гелия, имеет квантовую природу, и ее количество распределяется между двумя электронами в полном соответствии с постулатами квантовой теории. Атомы гелия были выбраны для этих экспериментов далеко не случайно, их простое строение позволяет вычислить их свойства и поведение в тех или иных случаях с достаточно высокой точностью. А измерение явления фотоионизации с точностью в зептосекунду означает окончательное подтверждение соответствия между теорией и экспериментами.




Ключевые слова:
Явление, Фотоионизация, Фотоэмиссия, Атом, Гелий, Фотон, Свет, Энергия, Электрон, Время, Измерение, Точность

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Сверхкороткие импульсы света позволили измерить пределы подвижности электро ...
  • Ученые разработали новый способ неразрушающего детектирования отдельных фот ...
  • Исследователям удалось сделать снимок тени, отбрасываемой одним единственны ...
  • Впервые ученым удалось "увидеть" движение электрона в реальном времени.
  • Немецким ученым удалось измерить самый короткий существующий в природе врем ...




  • 10 ноября 2016 12:43
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3867
    Это, судя по описанию, непрямые измерения. Могли сделать на несколько порядков больше замеров и получить еще большую точность


    --------------------
        
    10 ноября 2016 15:23
    #2 Написал: Spiridonov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 60
    FomaNeverujuwij,
    А что такое прямой замер? Прямых замеров не существует в принципе. Даже когда вы замеряете время забега на 100 метров по секундомеру, вы используете не прямой замер. Например, когда бегун пересекает финишную черту, свет от этого события некоторое время идет до сетчатки вашего глаза, потом этот сигнал обрабатывается мозгом, импульс идет по нервным волокнам и только потом палец нажимает на кнопку "стоп". Это очень грубый пример, но принцип тот же. Даже само измерения влияет на результат. Как если бы вы были слепым и определяли бы время по секундной стрелке на ощупь. При этом, касаясь ее пальцем, вы задерживали бы ее бег, искажая результат.
        
    13 ноября 2016 02:48
    #3 Написал: promitej

    Публикаций: 0
    Комментариев: 16
    Любопытно, а как удерживалась стабильность температуры? Ведь даже если брать огромный объем гелия и короткий по времени эксперимент, увеличение энергии в концентрации гелия будет давать серьезную погрешность на тормозное излучение, тем более при таком чувствительном оборудовании.


    --------------------
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.