Учені порушили усталене правило фізики
- Учені перевищили граничні значення енергії рентгенівських променів
- Відкриття пов'язане з взаємодією двох електронів
- Це може змінити підхід до вивчення квантових систем
Учені порушили усталене правило фізики
Недавні дослідження, проведені вченими з TU Wien та Університету Каліфорнії в Сан-Дієго, продемонстрували можливість перевищення граничних значень енергії рентгенівських променів, що ставить під сумнів традиційні уявлення про лазерну фізику. Використовуючи потужні ультрафіолетові лазери, дослідники змогли генерувати рентгенівські промені з енергіями, значно перевищуючими прогнози стандартної моделі. Це відкриття базується на незвичайній взаємодії двох електронів, що дозволяє їм спільно вивільняти свою енергію.
Традиційно вважалося, що при направленні лазерного світла на певні атоми вони можуть випромінювати короткі імпульси світла з високою частотою, включаючи рентгенівські промені. Однак існуюча теорія передбачає максимальну енергію для цих випромінювань, основану на властивостях вхідного лазера. За межами цього значення, відомого як енергетичний межа, виробництво рентгенівських променів стає вкрай слабким. Нове дослідження показує, що цей межа може бути перевищена при певній взаємодії двох електронів.
Професор Теніо Попмінчев з Інституту фотоніки TU Wien зазначив, що механізм генерації коротких рентгенівських імпульсів відомий вже давно. Лазер вириває один електрон з атома, який потім прискорюється в електричному полі лазера і в кінцевому підсумку знову стикається з атомом, втрачаючи свою енергію у вигляді світла. Однак нове дослідження показує, що при взаємодії двох електронів можливо генерувати рентгенівські промені з енергією, що перевищує традиційні межі.
Прорив у рентгенівській генерації
Дослідники провели експеримент, в якому використовували інтенсивні ультрафіолетові лазерні імпульси для взаємодії з атомами гелію. На відміну від звичайного процесу, коли бере участь один електрон, у цьому експерименті обидва електрони гелію були звільнені послідовно. Перший електрон був звільнений і прискорений, за ним послідував другий. Незважаючи на те, що електрони були звільнені в різний час, їхня поведінка залишалася взаємопов'язаною завдяки квантовим кореляціям.
Команда змогла організувати так, щоб обидва електрони повернулися до атома одночасно. Це дозволило звільнити енергію двох електронів одночасно, що призвело до генерації рентгенівського фотона з більшою енергією. Таким чином, дослідники продемонстрували, що взаємодія двох електронів може призвести до виробництва рентгенівських променів, що перевищують традиційні енергетичні межі.
При аналізі спектра випромінюваного когерентного випромінювання вчені виявили другу область стійкого випромінювання на значно вищих енергіях фотонів, ніж передбачає стандартна теорія. Ця додаткова область, відома як плато, була слабшою за основне випромінювання, але простягалася далеко за межі раніше встановленого діапазону енергії. Це відкриття було отримано лише при використанні гелію, тоді як аналогічні експерименти з аргоном і неоном не продемонстрували такого поведінки.
Незвичайна взаємодія електронів
Гелій має особливо сильні кореляції між своїми двома електронами, що дозволяє їм взаємодіяти таким чином, який робить можливим одночасне вивільнення енергії. На відміну від цього, зовнішні електрони аргону та неону не продемонстрували аналогічного ефекту в умовах експерименту. Це відмінність надає важливі докази для запропонованого пояснення.
Відкриття рентгенівських променів з високою енергією може надати вченим потужний новий інструмент для вивчення взаємодії електронів всередині атомів та інших матеріалів. Незвичайне когерентне рентгенівське випромінювання може слугувати високочутливим спектроскопічним "датчиком" для кореляцій між електронами. Вивчаючи форму випромінюваного спектра та його максимальну енергію, дослідники можуть отримати інформацію про поведінку взаємодіючих електронів на надзвичайно коротких часових масштабах.
Ці взаємодії відбуваються за аттосекунди, де одна аттосекунда дорівнює одній мільярдній долі мільярдної долі секунди. Спостереження процесів на таких швидкостях має вирішальне значення для розуміння того, як електрони рухаються і впливають один на одного в квантових системах. Це відкриття може відкрити нові горизонти в галузі квантової фізики та лазерної технології.
Практичні наслідки та майбутнє досліджень
У майбутньому принцип, що лежить в основі цього відкриття, може бути розширений за межі окремих атомів гелію на молекули та тверді матеріали, в яких електрони взаємодіють сильно. Це може призвести до нових методів дослідження та розуміння складних квантових систем, що має важливе значення для розробки нових технологій.
Таким чином, результати цього дослідження не лише кидають виклик традиційним уявленням про лазерну фізику, але й відкривають нові можливості для вивчення квантових взаємодій. Вчені сподіваються, що подальші дослідження допоможуть глибше зрозуміти механізми, що лежать в основі цих процесів, і їх потенційні застосування в різних галузях науки та техніки.
В заключення, відкриття, зроблене командою з TU Wien та Університету Каліфорнії в Сан-Дієго, підкреслює важливість міждисциплінарного підходу в науці. Синергія між різними галузями фізики може призвести до значних проривів, які змінять наше розуміння світу на квантовому рівні.
Джерело: ScienceDaily
