Ученые нарушили устоявшееся правило физики
- Ученые превысили предельные значения энергии рентгеновских лучей
- Открытие связано с взаимодействием двух электронов
- Это может изменить подход к изучению квантовых систем
Ученые нарушили устоявшееся правило физики
Недавние исследования, проведенные учеными из TU Wien и Университета Калифорнии в Сан-Диего, продемонстрировали возможность превышения предельных значений энергии рентгеновских лучей, что ставит под сомнение традиционные представления о лазерной физике. Используя мощные ультрафиолетовые лазеры, исследователи смогли генерировать рентгеновские лучи с энергиями, значительно превышающими предсказания стандартной модели. Это открытие основано на необычном взаимодействии двух электронов, что позволяет им совместно высвобождать свою энергию.
Традиционно считалось, что при направлении лазерного света на определенные атомы они могут испускать короткие импульсы света с высокой частотой, включая рентгеновские лучи. Однако существующая теория предсказывает максимальную энергию для этих излучений, основанную на свойствах входящего лазера. За пределами этого значения, известного как энергетический предел, производство рентгеновских лучей становится крайне слабым. Новое исследование показывает, что этот предел может быть превышен при определенном взаимодействии двух электронов.
Профессор Тенио Попминчев из Института фотоники TU Wien отметил, что механизм генерации коротких рентгеновских импульсов известен уже давно. Лазер вырывает один электрон из атома, который затем ускоряется в электрическом поле лазера и в конечном итоге сталкивается с атомом снова, теряя свою энергию в виде света. Однако новое исследование показывает, что при взаимодействии двух электронов возможно генерировать рентгеновские лучи с энергией, превышающей традиционные пределы.
Прорыв в рентгеновской генерации
Исследователи провели эксперимент, в котором использовали интенсивные ультрафиолетовые лазерные импульсы для взаимодействия с атомами гелия. В отличие от обычного процесса, когда участвует один электрон, в этом эксперименте оба электрона гелия были освобождены последовательно. Первый электрон был освобожден и ускорен, за ним последовал второй. Несмотря на то, что электроны были освобождены в разное время, их поведение оставалось взаимосвязанным благодаря квантовым корреляциям.
Команда смогла организовать так, чтобы оба электрона вернулись к атому одновременно. Это позволило высвободить энергию двух электронов одновременно, что привело к генерации рентгеновского фотона с более высокой энергией. Таким образом, исследователи продемонстрировали, что взаимодействие двух электронов может привести к производству рентгеновских лучей, превышающих традиционные энергетические пределы.
При анализе спектра излучаемого когерентного излучения ученые обнаружили вторую область устойчивого излучения на значительно более высоких энергиях фотонов, чем предсказывает стандартная теория. Эта дополнительная область, известная как плато, была слабее основного излучения, но простиралась далеко за пределы ранее установленного диапазона энергии. Это открытие было получено только при использовании гелия, в то время как аналогичные эксперименты с аргоном и неоном не продемонстрировали такого поведения.
Необычное взаимодействие электронов
Гелий обладает особенно сильными корреляциями между своими двумя электронами, что позволяет им взаимодействовать таким образом, который делает возможным одновременное высвобождение энергии. В отличие от этого, внешние электроны аргона и неона не продемонстрировали аналогичного эффекта в условиях эксперимента. Это различие предоставляет важные доказательства для предложенного объяснения.
Открытие рентгеновских лучей с высокой энергией может предоставить ученым мощный новый инструмент для изучения взаимодействия электронов внутри атомов и других материалов. Необычное когерентное рентгеновское излучение может служить высокочувствительным спектроскопическим "датчиком" для корреляций между электронами. Изучая форму излучаемого спектра и его максимальную энергию, исследователи могут получить информацию о поведении взаимодействующих электронов на чрезвычайно коротких временных масштабах.
Эти взаимодействия происходят за аттосекунды, где одна аттосекунда равна одной миллиардной доли миллиардной доли секунды. Наблюдение процессов на таких скоростях имеет решающее значение для понимания того, как электроны движутся и влияют друг на друга в квантовых системах. Это открытие может открыть новые горизонты в области квантовой физики и лазерной технологии.
Практические последствия и будущее исследований
В будущем принцип, лежащий в основе этого открытия, может быть расширен за пределы отдельных атомов гелия на молекулы и твердые материалы, в которых электроны взаимодействуют сильно. Это может привести к новым методам исследования и понимания сложных квантовых систем, что имеет важное значение для разработки новых технологий.
Таким образом, результаты этого исследования не только бросают вызов традиционным представлениям о лазерной физике, но и открывают новые возможности для изучения квантовых взаимодействий. Ученые надеются, что дальнейшие исследования помогут глубже понять механизмы, лежащие в основе этих процессов, и их потенциальные применения в различных областях науки и техники.
В заключение, открытие, сделанное командой из TU Wien и Университета Калифорнии в Сан-Диего, подчеркивает важность междисциплинарного подхода в науке. Синергия между различными областями физики может привести к значительным прорывам, которые изменят наше понимание мира на квантовом уровне.
Источник: ScienceDaily
