Măsurarea timpului fără cronometru
Dependența cu normă întreagă a răspunsului unui atom la câmpurile laser puternice extrase prin analiza spectrală
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 ultra-rapide 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 prezent, acest lucru permite măsurarea mișcărilor ultra-rapide până la scări de timp de femto și atosecunde, care sunt milionime și miliardime 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”.
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.
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.
Contact științific:
Prof. Dr. Thomas Pfeifer
MPI pentru fizica nucleară
E-mail: [email protected]
Tel.: +49 6221 516-380
Onor.-Prof. Dr. Christoph H. Keitel
MPI pentru fizica nucleară
E-mail: [email protected]
Tel.: +49 6221 516-150
Prof. Dr. Joachim Burgdörfer
Universitatea tehnică din Viena
E-mail: joachim.burgdö[email protected]
Tel.: +43 1-58801-13610
Publicație originală:
Reconstrucție în timp real a răspunsului dipolic puternic condus pe câmp
V. Stooß, S. M. Cavaletto, S. Donsa, A. Blättermann, P. Birk, C. H. Keitel, I. Březinová, J. Burgdörfer,
C. Ott și T. Pfeifer
Physical Review Letters 121, 173005 (2018), DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.173005
Informatii suplimentare:
https://www.mpi-hd.mpg.de/mpi/de/pfeifer Departamentul „Dinamică și control cuantic” la MPIK
https://www.mpi-hd.mpg.de/keitel Departamentul „Dinamica cuantică teoretică și electrodinamica cuantică” la MPIK
https://tqd.itp.tuwien.ac.at Grupul de lucru „Dinamica cuantică teoretică” la TUW
Caracteristicile acestui comunicat de presă:
Jurnaliști, profesori/elevi, studenți, oameni de știință
Fizică/astronomie
supraregional
Rezultate de cercetare, publicații științifice
limba germana