Meranie času bez stopiek
Plná závislosť odozvy atómu na silné laserové polia extrahované spektrálnou analýzou
Kmitanie elektrónov poháňaných silným laserovým impulzom je možné rekonštruovať z jedného merania absorpčného spektra. Ako signál spustenia a zastavenia nie sú potrebné žiadne pumpy a testovacie impulzy. Nový koncept sľubuje budúce aplikácie pre ultrarýchle procesy v chémii a biologických reakciách. [Physical Review Letters, 26. októbra 2018]
Pochopenie a riadenie ultrarýchlej kvantovej dynamiky v hmote je jednou z hlavných výziev modernej fyziky. Vo väčšine prípadov je reakcia študovaného systému na vonkajšie rušenie, napr. B. excitácia meraná v schéme čerpadlo-sonda. Prvý laserový impulz spúšťa dynamický proces, ktorý je potom dopytovaný druhým laserovým impulzom s premenlivým oneskorením. V súčasnosti to umožňuje meranie ultrarýchlych pohybov až po časové škály femto- a attosekúnd, čo sú milióntina a miliardtina miliardtiny sekundy. Stále je však ťažké merať dynamiku viazaných elektrónov pod vplyvom intenzívnych laserových polí v reálnom čase. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, je extrakcia vlnovej oscilácie náboja elektrónu, ktorá sa nazýva „dipólová reakcia“, z meraní.
Vlna a jej komplementárne spektrum, ktoré sú obidve matematicky spojené pomocou Fourierovej transformácie, sú všeobecne opísané komplexnými číslami, z ktorých každá má dve skutočné veličiny: amplitúdu a fázu. Prvý súvisí s intenzitou, druhý s časom. Ak je systém excitovaný veľmi krátkym laserovým impulzom, jednoduchá Fourierova transformácia meraného absorpčného spektra umožňuje rekonštruovať časový vývoj dipólovej reakcie. Toto bolo známe pre režim slabých svetelných polí pod pojmom „lineárna odozva“.
Fyzici z Ústavu jadrovej fyziky Maxa Plancka a Technickej univerzity vo Viedni (TUW) teraz ukázali, že tento koncept je možné zovšeobecniť pre prípad silného dodatočného laserového impulzu, ktorý poháňa dipólovú odozvu elektrónov. Obrázok 1 ilustruje experimentálny postup, ktorý uskutočnil Veit Stooß v skupine Christiana Otta a Thomasa Pfeifera na MPIK: Na ultrakrátky (attosekundový) ultrafialový laserový pulz (UV, modrý) priamo nadväzuje intenzívny femtosekundový infračervený pulz (IR, červený), dipólová odozva (fialová) vzorky - tu modifikovaná atómom hélia. Analyzuje sa UV absorpčné spektrum, ku ktorému prispieva vyžarovaný attosekundový impulz a dipólová odozva (vpravo). Funkciu časovo závislej odozvy riadenú silným IR poľom je možné rekonštruovať z meraného spektra pomocou Fourierovej transformácie.
Tu demonštrovaný prístup časovej rekonštrukcie nevytvára žiadne predpoklady o skúmanej vzorke, a mal by sa preto všeobecne dať aplikovať na zložité systémy, ako sú veľké molekuly v roztokoch alebo na experimenty s lasermi s voľnými elektrónmi, v ktorých sú úplné informácie zaznamenané v jedinom zábere. Ďalej sa koncept neobmedzuje iba na laserové polia, ale je možné ho použiť pri akomkoľvek type interakcie.
Vedecký kontakt:
Prof. Dr. Thomas Pfeifer
MPI pre jadrovú fyziku
E-mail: [email protected]
Tel.: +49 6221 516-380
Hon.-Prof. DR. Christoph H. Keitel
MPI pre jadrovú fyziku
E-mail: [email protected]
Tel.: +49 6221 516-150
Prof. Dr. Joachim Burgdörfer
Technická univerzita vo Viedni
E-mail: joachim.burgdö[email protected]
Tel.: +43 1-58801-13610
Pôvodná publikácia:
Rekonštrukcia reakcie dipólu riadeného silným poľom v reálnom čase
V. Stooß, S. M. Cavaletto, S. Donsa, A. Blättermann, P. Birk, C. H. Keitel, I. Březinová, J. Burgdörfer,
C. Ott a T. Pfeifer
Physical Review Letters 121, 173005 (2018), DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.173005
Ďalšie informácie:
https://www.mpi-hd.mpg.de/mpi/de/pfeifer Oddelenie „Kvantová dynamika a riadenie“ na MPIK
https://www.mpi-hd.mpg.de/keitel Oddelenie „Teoretická kvantová dynamika a kvantová elektrodynamika“ na MPIK
https://tqd.itp.tuwien.ac.at Pracovná skupina „Teoretická kvantová dynamika“ na TUW
Vlastnosti tejto tlačovej správy:
Novinári, učitelia/žiaci, študenti, vedci
Fyzika/astronómia
nadregionálny
Výsledky výskumu, vedecké publikácie
Nemecky