Časové trvanie týchto elektrónových impulzov dosiahlo približne päť attosekúnd.
Kvantová fyzika. Zdroj: iStockphoto.com
Fyzikom z nemeckej Univerzity v Kostnici sa podarilo uskutočniť prelomový krok. Vytvorili jeden z najkratších signálov, aké kedy ľudstvo vygenerovalo.
Molekulárne procesy alebo procesy v pevnej fáze v prírode môžu niekedy prebiehať v takých krátkych časových rámcoch, ako sú femtosekundy (kvadrilióny sekundy) alebo attosekundy (trilióntiny sekundy). Vedci tak otvárajú nové možnosti štúdia ultrarýchlych javov, ktorými sú napríklad jadrové reakcie.
Extrémne krátke impulzy
Výskumníci Maxim Tsarev, Johannes Thurner a Peter Baum vyvinuli metódu využívajúcu femtosekundové svetelné záblesky na generovanie elektrónových impulzov.
Pomocou párov femtosekundových svetelných zábleskov z lasera dokázali vytvoriť extrémne krátke elektrónové impulzy vo vákuu. Tento prelom, o ktorom informoval časopis Nature Physics, prekonáva aj svetelné vlny. Ani tie nedosiahnu taký čas, pretože jedna oscilácia trvá oveľa dlhšie.
Na dosiahnutie presného časového rozhrania využili fyzici koncept superponovania svetelných vĺn a vytvorili stojaté alebo pohyblivé vrcholy a žľaby vĺn. Fyzici zvolili uhly dopadu a frekvencie tak, aby sa spoločne šíriace elektróny, ktoré letia vo vákuu polovičnou rýchlosťou svetla, prekrývali s vrcholmi a dnami optických vĺn presne rovnakej rýchlosti.
To, čo je známe ako ponderomotorická sila (nízkofrekvenčná sila, ktorá pôsobí na nabité častice v nehomogénnom vysokofrekvenčnom poli), poháňa potom elektróny v smere ďalšej vlny. Po krátkej interakcii sa teda vygeneruje séria elektrónových impulzov, ktoré sú extrémne krátke – najmä v strede sledu impulzov, kde sú elektrické polia veľmi silné.
Kompresor z experimentálnej zostavy. Zdroj: Johannes Thurner
Len päť attosekúnd
Časové trvanie týchto elektrónových impulzov dosiahlo približne päť attosekúnd. Výskumníci určili čas meraním distribúcie rýchlosti elektrónov po kompresii.
„Namiesto veľmi rovnomernej rýchlosti výstupných impulzov vidíte veľmi širokú distribúciu, ktorá je výsledkom silného spomalenia alebo zrýchlenia niektorých elektrónov v priebehu kompresie,“ vysvetľuje fyzik Johannes Thurner. „Distribúcia však nie je plynulá, ale pozostáva z tisícok rýchlostných krokov,“ dodáva.
Jav vznikol dočasnou superpozíciou (interferenciou) elektrónov so sebou samými po tom, ako zažili rovnaké zrýchlenie v rôznych časoch. Tento efekt je pre kvantové mechanické experimenty dôležitý – napríklad pri interakcii elektrónov a svetla.
Vedci okrem pozoruhodného dosiahnutého časového rozlíšenia vyzdvihujú výhodu experimentálneho nastavenia, ktoré nevyžaduje žiaden špeciálny materiál. Všetko sa deje vo vákuu. Uvedená vlastnosť umožňuje použitie laserov ľubovoľného výkonu na ešte silnejšiu kompresiu, čo potenciálne vedie k pozorovaniu jadrovej reakcie.
Zdroj: SciTechdaily, Time News
(JM)
