18:21 2022-12-05
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Măsurarea timpilor în miliarde de miliardime de secundă
_ Timpi de măsurare în miliarde de o miliardime de secundă
Cât de repede se mișcă electronii din interiorul unei molecule? Ei bine, este atât de rapid încât le ia doar câteva attosecunde (o miliardime de miliardime de secundă) pentru a sari de la un atom la altul. Clipi și ai ratat-o – de milioane de miliarde de ori. Deci, măsurarea unor astfel de procese ultrarapide este o sarcină descurajantă.
Oamenii de știință de la Australian Attosecond Science Facility și de la Centrul pentru Dinamica Cuantică de la Universitatea Griffith din Brisbane Australia, conduși de profesorul Robert Sang și profesorul Igor Litvinyuk au dezvoltat un roman tehnică interferometrică capabilă să măsoare întârzierile de timp cu rezoluție zeptosecundă (o trilionime dintr-o miliardime dintr-o secundă).
Au folosit această tehnică pentru a măsura întârzierea între impulsurile extreme de lumină ultravioletă emise de doi izotopi diferiți ai hidrogenului. moleculele — H2 și D2 — care interacționează cu impulsuri intense ale laserului în infraroșu.
Această întârziere s-a dovedit a fi mai mică de trei attosecunde (durată de o cincimilionime dintr-o secundă) și este cauzată de mișcări ușor diferite ale celui mai ușor și mai greu. nuclee.
Acest studiu a fost publicat în Ultrafast Science.
Primul autor, dr. Mumta Hena Mustary explică: „O astfel de rezoluție în timp fără precedent este obținută printr-o măsură interferometrică. ment — suprapunerea undelor luminoase întârziate și măsurarea luminozității lor combinate.”
Undele luminoase în sine au fost generate de molecule expuse la impulsuri laser intense în procesul numit generare de armonici înalte (HHG).
HHG apare atunci când un electron este îndepărtat dintr-o moleculă de un câmp laser puternic, este accelerat de același câmp și apoi se recombină cu ionul renunțând la energie sub formă de radiație ultravioletă extremă (XUV). Atât intensitatea, cât și faza acestei radiații XUV HHG sunt sensibile la dinamica exactă a funcțiilor de undă ale electronilor implicate în acest proces — toți atomii și moleculele diferiți emit radiații HHG în mod diferit.
Deși este relativ simplu să măsurați intensitatea spectrală a HHG – un simplu spectrometru cu rețea poate face asta – măsurarea fazei HHG este o sarcină mult mai dificilă. Iar faza conține cele mai relevante informații despre sincronizarea diferitelor etape din procesul de emisie.
Pentru a măsura această fază, este obișnuit să se efectueze o așa-numită măsurare interferometrică atunci când două replici ale undei cu fin întârzierea controlată sunt făcute să se suprapună (sau să interfereze) unele cu altele. Ele pot interfera constructiv sau distructiv în funcție de întârzierea și diferența de fază relativă dintre ele.
O astfel de măsurare este efectuată de un dispozitiv numit interferometru. Este foarte dificil să construiești un interferometru pentru lumina XUV, în special să producă și să mențină o întârziere stabilă, cunoscută și reglabilă fin între două impulsuri XUV.
Cercetătorii Griffith au rezolvat această problemă profitând de fenomen. cunoscută sub denumirea de faza Gouy — când faza unei unde de lumină este deplasată într-un anumit fel în timp ce trece printr-un focar.
Pentru experimentele lor, cercetătorii au folosit doi izotopi diferiți ai hidrogenului molecular — cea mai simplă moleculă din natură. Izotopii — hidrogen ușor (H2) și hidrogen greu (D2) — diferă doar în masa nucleelor — protoni în H2 și deutroni în D2. Orice altceva, inclusiv structura electronică și energiile, sunt identice.
Datorită masei lor mai mari, nucleele din D2 se mișcă puțin mai lent decât cele din H2. Deoarece mișcările nucleare și electronice din molecule sunt cuplate, mișcarea nucleară afectează dinamica funcțiilor de undă a electronilor în timpul procesului HHG, rezultând o mică schimbare de fază ΔφH2-D2 între cei doi izotopi.
Această schimbare de fază este echivalentă cu o întârziere Δt = ΔφH2-D2 /ω unde ω este frecvența undei XUV. Oamenii de știință de la Griffith au măsurat această întârziere de emisie pentru toate armonicile observate în spectrul HHG - a fost aproape constantă și puțin sub 3 attosecunde.
Pentru a înțelege rezultatul lor, cercetătorii Griffith au fost susținuți de teoreticienii de la Shanghai Jiao Tong. Universitatea din Shanghai, China, condusă de profesorul Feng He.
Oamenii de știință SJTU au folosit cele mai avansate metode teoretice pentru a modela complet procesul HHG în cei doi izotopi ai hidrogenului molecular, inclusiv toate gradele de libertate pentru nuclear și electronic mișcare la diferite niveluri de aproximare.
Simularea lor a reprodus bine rezultatele experimentale, iar acest acord între teorie și experiment a dat echipei încredere că modelul a surprins cele mai esențiale trăsături ale procesului fizic de bază, astfel încât ajustând modelul parametrii și nivelurile de aproximare pot determina importanța relativă a diferitelor efecte.
Deși dinamica reală este destul de complexă, s-a constatat că t Interferența în două centre în timpul etapei de recombinare a electronilor este efectul dominant.
„Deoarece hidrogenul este cea mai simplă moleculă din natură și poate fi modelat teoretic cu mare precizie, a fost folosit în aceste experimente de demonstrare a principiului. pentru evaluarea comparativă și validarea metodei”, a spus profesorul Litvinyuk.
„În viitor, această tehnică poate fi utilizată pentru a măsura dinamica ultrarapidă a diferitelor procese induse de lumină în atomi și molecule cu o rezoluție în timp fără precedent”.
Studiul, „Attosecond Delays of High-Harmonic Emissions from Hydrogen Isotopes Measured by XUV Interferometer”, a fost publicat în Ultrafast Science.
Comentarii:
Adauga Comentariu