Időmérés stopper nélkül
Az atom spektrumanalízissel kivont erős lézerterekre adott válaszának teljes idejű függése
Az erős lézerimpulzus által vezérelt elektronok oszcillációja az abszorpciós spektrum egyetlen mérésével rekonstruálható. Ehhez indító és leállító jelként nem szükséges szivattyú és tesztimpulzus. Az új koncepció a kémia és a biológiai reakciók ultragyors folyamatainak jövőbeli alkalmazását ígéri. [Physical Review Letters, 2018. október 26.]
Az anyagban az ultragyors kvantumdinamika megértése és ellenőrzése a modern fizika egyik központi kihívása. A legtöbb esetben a vizsgált rendszer reakciója külső zavarra, pl. B. gerjesztés, szivattyú-szonda sémában mérve. Az első lézerimpulzus dinamikus folyamatot indít el, amelyet ezután egy második lézerimpulzussal kérdezünk, változó késéssel. Jelenleg ez lehetővé teszi az ultragyors mozgások mérését a femto- és attoszekundumok időskálájáig, amelyek a másodperc milliomod-milliárdos részét jelentik. Azonban még mindig nehéz valós időben megmérni a megkötött elektronok dinamikáját intenzív lézerterek hatására. Ennek egyik módja az elektron hullámszerű töltés oszcillációjának, az úgynevezett „dipólus válasznak” való kivonása a mérésekből.
Általánosságban elmondható, hogy a hullámot és annak kiegészítő spektrumát, amelyek mind matematikailag összekapcsolódnak a Fourier-transzformációval, komplex számokkal írják le, mindegyik két valós mennyiséggel: amplitúdó és fázis. Az előbbi az intenzitással, az utóbbi az idővel függ össze. Ha egy rendszert nagyon rövid lézerimpulzus gerjeszt, a mért abszorpciós spektrum egyszerű Fourier-transzformációja lehetővé teszi a dipólus válasz időbeli evolúciójának rekonstrukcióját. Ez már a gyenge fénymezők rendszeréről ismert volt a "lineáris válasz" kifejezés alatt.
A Max Planck Nukleáris Fizikai Intézet és a Bécsi Műszaki Egyetem (TUW) fizikusai most kimutatták, hogy ez a koncepció általánosítható egy erős kiegészítő lézerimpulzus esetére, amely vezérli az elektronok dipólusreakcióját. Az 1. ábra szemlélteti azt a kísérleti eljárást, amelyet Veit Stooß végzett Christian Ott és Thomas Pfeifer csoportjában az MPIK-n: Egy ultrarövid (attoszekundumos) ultraibolya lézerimpulzust (UV, kék) közvetlenül egy intenzív femtoszekundumos infravörös impulzus (IR, piros) követ, a minta dipól válasza (ibolya) - itt egy héliumatom - módosult. Elemezzük az UV abszorpciós spektrumot, amelyhez a sugárzott attoszekundumos impulzus és a dipólus válasz hozzájárul (jobbra). Az erős IR-mező által vezérelt időfüggő válaszfüggvény Fourier-transzformációval rekonstruálható a mért spektrumból.
Az itt bemutatott időbeli rekonstrukció megközelítése nem tesz feltételezést a vizsgált mintával kapcsolatban, ezért általában alkalmazható olyan komplex rendszerekre, mint például az oldatokban lévő nagy molekulák, vagy szabad elektron-lézerekkel végzett kísérletekre, amelyekben a teljes információt egyetlen lövés rögzíti. Ezenkívül a koncepció nem is korlátozódik a lézeres mezőkre, hanem bármilyen típusú interakcióra alkalmazható.
Tudományos kapcsolattartó:
Prof. Dr. Thomas Pfeifer
MPI a nukleáris fizika számára
E-mail: [email protected]
Tel .: +49 6221 516-380
Hon.-Prof. Dr. Christoph H. Keitel
MPI a nukleáris fizika számára
E-mail: [email protected]
Tel .: +49 6221 516-150
Prof. Dr. Joachim Burgdörfer
bécsi műszaki egyetem
E-mail: joachim.burgdö[email protected]
Tel .: +43 1-58801-13610
Eredeti kiadvány:
Az erős mező által vezérelt dipólusreakció valós idejű rekonstrukciója
V. Stooß, S. M. Cavaletto, S. Donsa, A. Blättermann, P. Birk, C. H. Keitel, I. Březinová, J. Burgdörfer,
C. Ott és T. Pfeifer
Physical Review Letters 121, 173005 (2018), DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.173005
További információ:
https://www.mpi-hd.mpg.de/mpi/de/pfeifer „Quantum Dynamics and Control” részleg az MPIK-nél
https://www.mpi-hd.mpg.de/keitel Osztály „Elméleti kvantumdinamika és kvantumelektrodinamika” az MPIK-nél
https://tqd.itp.tuwien.ac.at „Elméleti kvantumdinamika” munkacsoport a TUW-nál
A sajtóközlemény jellemzői:
Újságírók, tanárok/tanulók, hallgatók, tudósok
Fizika/csillagászat
régiónkénti
Kutatási eredmények, tudományos publikációk
német