Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
В помощь читателю
Миллисекунды
Микросекунды
Наносекунды
Пикосекунды
Фемтосекунды
Аттосекунды
Личная жизнь атомов
Самые внутренние электроны
Как взрезать атом
Электроны на службе аттофизики
Зептосекунды
Йоктосекунды
От секунды до года
Астрономические времена
Сонолюминесценция
Фолдинг белков
Возбужденные атомы
Ядерные распады
Элементарные частицы
Движение континентов
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram





Главная / Масштабы: времена / Аттосекунды / Как взрезать атом

Аттосекунды: 3. Как взрезать атом

Принцип работы метода накачки-зондирования
Принцип работы метода накачки-зондирования. На изучаемый объект посылаются два лазерных импульса, один из которых специально задерживается на известное время Δt. Первый импульс — он называется импульсом накачки — запускает в объекте некоторый колебательный процесс. Второй импульс — импульс зондирования — приходит позже и как бы считывает состояние объекта спустя время Δt. Повторяя этот эксперимент много раз с разными Δt, можно восстановить то, как колебательный процесс разворачивается во времени

Мы разобрались с тем, какие явления происходят на аттосекундных масштабах. Теперь надо понять, как их экспериментально изучать. Мы не можем просто взять атом и что-то в нём померять — в свободном, невозмущенном состоянии в атоме ничего реально не движется, электронная плотность никуда не перетекает. Мы должны как-то подействовать на атом, дестабилизировать электронные оболочки, заставить их колыхаться — и вот тогда у нас появляется шанс измерить период колебаний и через него разобраться с внутренними процессами. А если мы хотим добраться до самых внутренних электронов, мы должны буквально взрезать атом, «прооперировать его внутренности».

В атомной физике это делается с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, а сам метод называется методом накачки и зондирования. Мы приготавливаем два очень коротких световых импульса и «стреляем» ими по мишени. В нашем случае мишенью служат отдельные атомы, например в виде разреженного облачка холодного газа. Эти два импульса попадают в мишень не одновременно, а с задержкой, причем эта задержка настраиваемая. Первый, сильный, импульс порождает в атоме какое-то колебание, запускает нестационарный процесс. Электронный коллектив в атоме начинает колебаться — и тут же приходит второй, зондирующий импульс. Этот импульс как бы «ощупывает» атом в заданный момент времени после начала колебания и улетает прочь, унося в себе информацию о текущем состоянии атома.

Пример использования метода накачки-зондирования: импульс накачки запускает в молекуле некоторое колебание, а импульс зондирования, пытаясь вызвать диссоциацию молекулы, отслеживает ее состояние спустя четко отмеренное время

Пример использования метода накачки-зондирования: импульс накачки запускает в молекуле некоторое колебание, а импульс зондирования, пытаясь вызвать диссоциацию молекулы, отслеживает ее состояние спустя четко отмеренное время. Изображение с сайта cchem.berkeley.edu

Однократный выстрел дает мало информации. Но если раз за разом повторять эксперимент с разными значениями задержки Δt, а потом соединить все эти данные — можно увидеть то, как разворачивается во времени отклик электронного облака в ответ на внешнее воздействие. Это всё можно сравнить с теоретическими расчетами и узнать, правильно ли теория всё учитывает. Именно так физики и восстанавливают внутреннюю жизнь атома.

В этом методе, который всем хорош, есть одна трудность, характерная для аттосекундного диапазона: обычный оптический лазер для этих задач не годится. Период электромагнитного колебания в световой волне — около фемтосекунды. Сделать из него лазерный импульс короче одного периода никак не получится. Поэтому для изучения аттофизики приходится брать более высокочастотное излучение — ультрафиолет или мягкий рентген. Впрочем, получение сверхкоротких ультрафиолетовых или рентгеновских импульсов с длительностью в аттосекундном диапазоне — сама по себе сложнейшая задача; физики смогли ее решить лишь в 2000-е годы. Подробнее об этой области исследования читайте в популярной статье Первые шаги аттофизики.

Долгое время не удавалось получать лазерные импульсы короче нескольких фемтосекунд, и лишь в начале 2000-х годов фемтосекундный барьер был преодолен

Долгое время не удавалось получать лазерные импульсы короче нескольких фемтосекунд, и лишь в начале 2000-х годов фемтосекундный барьер был преодолен. Изображение с сайта osa-opn.org

Назад: Самые внутренние электроны  |  Далее: Электроны на службе аттофизики

 

Комментировать
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия