Măsurarea timpului fără cronometru Max Planck Society
Noua metodă utilizează o singură măsurare a spectrului de absorbție
Oscilația electronilor conduși de un impuls laser puternic poate fi reconstituită dintr-o singură măsurare a spectrului de absorbție. Nu sunt necesare pompe și impulsuri de testare ca semnale de pornire și oprire pentru aceasta. Noul concept promite aplicații viitoare pentru procese ultrarapide în chimie și reacții biologice. [Physical Review Letters, 26 octombrie 2018]
Înțelegerea și controlul dinamicii cuantice ultrarapide în materie este una dintre provocările centrale ale fizicii moderne. În majoritatea cazurilor, răspunsul sistemului în studiu la o perturbare externă, de ex. B. o excitație, măsurată într-o schemă pompă-sondă. Un prim impuls laser începe un proces dinamic, care este apoi interogat cu un al doilea impuls laser cu o întârziere variabilă. În acest moment, acest lucru permite măsurarea mișcărilor ultrarapide până la scări de timp de femto și atosecunde, care reprezintă milionimea sau miliardimea părții dintr-o miliardime de secundă. Cu toate acestea, este încă dificil să se măsoare dinamica electronilor legați sub influența câmpurilor laser intense în timp real. O modalitate de a face acest lucru este de a extrage oscilația de sarcină de undă a electronului, numită „răspuns dipol”, din măsurători.
În general, o undă și spectrul său complementar, care sunt ambele legate matematic printr-o transformare Fourier, sunt descrise prin numere complexe cu două mărimi reale fiecare: amplitudine și fază. Primul este legat de intensitate, cel de-al doilea de timp. Dacă un sistem este excitat de un impuls laser foarte scurt, o simplă transformare Fourier a spectrului de absorbție măsurat permite reconstituirea evoluției în timp a răspunsului dipol. Acest lucru era deja cunoscut pentru regimul câmpurilor de lumină slabe sub termenul „răspuns liniar”.
Fig. 1: Răspunsul dipol al unui atom de He modificat printr-un impuls laser IR după excitație printr-un impuls laser UV. Spectrul este legat de funcția de răspuns prin transformarea Fourier (FT).
Fizicienii de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară și Universitatea Tehnică din Viena (TUW) au arătat acum că acest concept poate fi generalizat în cazul unui impuls laser puternic suplimentar care conduce răspunsul dipol al electronilor. Fig. 1 ilustrează procedura experimentală efectuată de Veit Stooß în grupul lui Christian Ott și Thomas Pfeifer la MPIK: Un puls laser ultraviolet (ultra-scurt) (UV, albastru) este urmat direct de un puls infraroșu intens de femtosecundă (IR, roșu), răspunsul dipol (violet) al probei - aici un atom de heliu - modificat. Spectrul de absorbție UV, la care contribuie pulsul de atosecundă radiat și răspunsul dipol, este analizat (dreapta). Funcția de răspuns dependentă de timp condusă de câmpul IR puternic poate fi reconstituită din spectrul măsurat folosind transformarea Fourier.
Fig. 2: Răspuns dipol reconstituit (albastru) pentru trei intensități IR diferite. Teorie: simulare „Ab Initio” (verde), „model de stare puțină” (portocaliu), descompunere exponențială (negru punctat).
Abordarea unei reconstrucții temporale demonstrată aici nu face presupuneri cu privire la proba examinată și, prin urmare, ar trebui să fie în general aplicabilă sistemelor complexe, cum ar fi moleculele mari în soluții sau pentru experimentele cu lasere cu electroni liberi, în care informațiile complete sunt înregistrate într-o singură fotografie. În plus, conceptul nu este limitat nici măcar la câmpurile laser, ci ar putea fi aplicat oricărui tip de interacțiune.