• квaнтoвaя физикa
• aстрoфизикa
• элeктрoн
• фoтoн

Кoгдa квaнтoвaя систeмa измeняeт свoe сoстoяниe, этo нaзывaeтся квaнтoвый скaчoк. Кaк прaвилo, эти квaнтoвыe скaчки считaются мгнoвeнными.

Тeпeрь, нoвыe мeтoды для высoкoтoчныx измeрeний пoзвoляют исслeдoвaть эвoлюцию вo врeмeни этиx квaнтoвыx скaчкoв. Нa врeмeннoй шкaлe мaсштaбa aттoсeкунд, этa временная задержка становится видимой.

Атом, например, может поглотить фотон, тем самым изменяя свое состояние на более высокоэнергетичное или ионизироваться, отдав полученную энергию улетевшему электрону. С новыми методами, разработанными в TU Wien (Вена), теперь стало возможным изучать временную структуру таких чрезвычайно быстрых изменений состояния.

Теоретическая часть проекта была сделана командой профессора Йоахима Burgdorfer из Венского Технологического Университета (Австрия), который также разработал первоначальную идею для эксперимента. Эксперимент проводился в Институте Макса Планка квантовой оптики в Гархинге (Германия). Результаты опубликованы в журнале Nature Physics.

Наиболее точное время измерения квантовых скачков.

Нейтральный атом гелия имеет два электрона. Когда он ударяется лазерным импульсом высокой энергии, он ионизируется. Этот процесс происходит на аттосекундной временной шкале — одна аттосекунда — миллиардная миллиардной доли секунды.

«Можно представить себе, что другой электрон, который остается в атоме, на самом деле не играет важную роль в этом процессе, но это не так», говорит Рената Pazourek (ТУ Вена). «Два электрона коррелируют, они тесно связаны с законами квантовой физики, они не могут рассматриваться как независимые частицы. Когда один электрон удаляется из атома, некоторая часть лазерной энергии может быть передана второму электрону. Он остается в атоме, но поднимается до состояния более высокой энергии.»

Таким образом, можно провести различие между двумя различными процессами ионизации: один, в которой оставшийся электрон приобретает дополнительную энергию и один, в котором он находится в состоянии с минимальной энергией. Используя сложную экспериментальную установку, можно было показать, что продолжительность этих двух процессов не является одинаковой.

«Когда оставшийся электрон перескакивает в возбужденное состояние, процесс ионизации фотонами немного быстрее — примерно на пять аттосекунд», говорит Стефан Nagele. «Примечательно, насколько хорошо экспериментальные результаты согласуются с теоретическими расчетами и крупномасштабными компьютерными моделированиями. Точность эксперимента лучше, чем одна аттосекунда. Это наиболее точное измерение времени квантового скачка на сегодняшний день.»
Контроль на уровне аттосекунд.

Эксперимент дает новое понимание физики сверхкоротких временных масштабов. Эффекты, которые несколько десятилетий назад считались «мгновенными» теперь можно рассматривать как временные события, которые могут быть вычислены, измерены и даже контролируемы. Это не только поможет понять основные законы природы, но также привносит новые возможности манипулирования материей на квантовом уровне.