Учёные только что нарушили правило из учебника физики
Эксперимент с ультрафиолетовыми лазерами и атомами гелия позволил получить рентгеновские фотоны с энергией выше теоретического предела за счёт согласованного взаимодействия двух электронов
Короткое резюме
Учёные превысили давно принятый предел лазерной физики, получив рентгеновское излучение с существенно более высокой энергией, чем предсказывает стандартная теория. В эксперименте интенсивные ультрафиолетовые лазерные импульсы воздействовали на атомы гелия, и необычное взаимодействие двух электронов позволило им высвободить энергию совместно, что открывает новые возможности для квантовых исследований. Результаты опубликованы в журнале «Nature Photonics».
Традиционный механизм генерации коротких рентгеновских импульсов известен давно: лазер отрывает от атома один электрон, ускоряет его в электрическом поле, а затем электрон возвращается к атому и излучает свет, теряя энергию. Теория предсказывает максимальную энергию такого излучения — порог отсечки, выше которого рентгеновское излучение становится очень слабым. Работа выполнена в сотрудничестве Венского технического университета (TU Wien) и Калифорнийского университета в Сан-Диего и опирается на исследования, связанные со становлением аттосекундной физики; лазерные методы Венского технического университета (TU Wien) 1990-х годов способствовали достижениям, отмеченным Нобелевской премией по физике 2023 года. В новом эксперименте оба электрона гелия высвобождались последовательно, но благодаря квантовым корреляциям их поведение оставалось связанным, и исследователи смогли устроить так, чтобы оба электрона вернулись к атому одновременно.
Совместный возврат двух электронов позволил высвободить больше энергии сразу и получить рентгеновский фотон с более высокой частотой, превышающей обычный энергетический предел. В спектре излучения обнаружилась дополнительная область устойчивой эмиссии — плато — при значительно более высоких энергиях фотонов, чем предсказывает стандартная теория; она была слабее основной эмиссии, но простиралась за прежний энергетический диапазон. Эффект наблюдался только с гелием: аналогичные эксперименты с аргоном и неоном не дали такого поведения внешних электронов. Помимо генерации более энергичных рентгеновских лучей, открытие может стать чувствительным спектроскопическим «сенсором» электрон-электронных корреляций на аттосекундных временах, а в перспективе принцип может быть распространён на молекулы и твёрдые материалы; это может помочь исследованиям в области квантовых вычислений и разработке передовых наноматериалов.
Превышен теоретический предел энергии рентгеновского излучения
При облучении гелия интенсивными ультрафиолетовыми импульсами получены рентгеновские фотоны с энергией выше предсказанного теорией порога отсечки
Работают два электрона вместо одного
В отличие от стандартного механизма с одним электроном, оба электрона гелия высвобождаются последовательно и благодаря квантовым корреляциям возвращаются к атому одновременно, отдавая энергию разом
Эффект зависит от гелия
Дополнительная высокоэнергетическая область спектра появлялась только для гелия; в аналогичных экспериментах с аргоном и неоном такого поведения внешних электронов не наблюдалось
Открыт инструмент для квантовых исследований
Наблюдаемое когерентное рентгеновское излучение может служить чувствительным спектроскопическим сенсором электрон-электронных корреляций на аттосекундных временах и в перспективе применяться к молекулам, твёрдым телам, квантовым вычислениям и наноматериалам
Текст сгенерирован с использованием ИИ
