Лазер позволяет генерировать сверхкороткие рентгеновские вспышки.
Механизм генерации сверхкоротких рентгеновских вспышек с помощью лазеров известен уже несколько десятилетий. Мощное поле лазера вырывает электрон из атома, разгоняет его, а затем «возвращает» обратно. Когда электрон снова сталкивается с атомом, он сбрасывает набранную энергию в виде кванта света гораздо более высокой частоты, чем исходное излучение. На этом принципе строится высокогармоническая генерация, позволившая в итоге создать аттосекундные (10⁻¹⁸ с) импульсы и ставшая основой работ, отмеченных Нобелевской премией по физике 2023 года.
Теория для одиночного электрона довольно ясна: при возвращении к атому он может создать целый «плато»-спектр гармоник, но лишь до определенного предела — той самой энергии отсечки. Выше этого порога излучение должно резко слабеть.
Долгое время считалось, что границу отсечки просто нельзя превзойти, если в процессе участвует только один электрон.Димитар Попминчев
Физики решили проверить, что произойдет, если задействовать не один, а два электрона. Для этого они взяли атомы гелия, у которых как раз два электрона, и облучили их интенсивными ультрафиолетовыми лазерными импульсами. Поле лазера сначала вырывает один электрон и разгоняет его, затем — второй. Хотя электроны покидают атом в разное время, их движения остаются квантово скоррелированными: полностью независимыми их считать нельзя. Манипулируя параметрами УФ-импульсов, ученые смогли добиться того, что оба электрона возвращались к атому почти одновременно.
Когда два электрона приходят обратно в один и тот же момент, их энергия высвобождается сразу и целиком. Если доступно больше энергии, можно родить один рентгеновский фотон с более высокой частотой.Димитар Попминчев
В спектре излучения ученые действительно увидели второе плато — область устойчивой генерации на энергиях существенно выше обычного порога. Оно было слабее основного, но заметно выходило за пределы, которые допускает стандартная модель одиночного электрона.
Уникальный эффект возникал только у атомов гелия.Интересно, что такой эффект появился только у гелия. При аналогичных экспериментах с аргоном и неоном ничего подобного не наблюдалось. Это усиливает версию о роли именно сильных корреляций между двумя электронами гелия: их совместная квантовая динамика позволяет реализовать синхронный «энергетический выброс», которого нет у внешних электронов более сложных атомов в этих условиях.
Открытие важно не только тем, что расширяет энергетические возможности лабораторных рентгеновских источников. Необычный спектр, возникающий из-за совместной работы электронов, может стать тонким «датчиком» межэлектронных взаимодействий. Изучая форму плато, его максимальную энергию и зависимость от поляризации лазера, можно получать информацию о том, как электроны влияют друг на друга на аттосекундных шкалах. Это открывает новые возможности для анализа квантовой динамики в атомах, молекулах и, в перспективе, в твердых телах, где электроны тесно взаимодействуют.
Метод высокогармонической генерации, с которого начиналась аттосекундная физика, теперь неожиданно превратился еще и в инструмент для изучения коллективного поведения квантовых частиц. Такие исследования могут помочь лучше понять материалы с необычными электронными свойствами и в долгосрочной перспективе способствовать развитию квантовых технологий и наноэлектроники.
Ранее физики выжали втрое больше энергии из «памяти» жидкости.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
