14:47 2024-04-03
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetătorii vizualizează efectele cuantice în undele de electroni
_ Cercetătorii vizualizează efectele cuantice în electroni undele
Una dintre cele mai fundamentale interacțiuni din fizică este cea a electronilor și a luminii. Într-un experiment la Universitatea Goethe din Frankfurt, oamenii de știință au reușit acum să observe ceea ce este cunoscut sub numele de efectul Kapitza-Dirac pentru prima dată la rezoluție temporală completă. Acest efect a fost postulat pentru prima dată în urmă cu mai bine de 90 de ani, dar abia acum ies la iveală cele mai fine detalii ale sale.
A fost una dintre cele mai mari surprize din istoria științei: în primele zile ale fizicii cuantice despre Acum 100 de ani, cercetătorii au descoperit că particulele care alcătuiesc materia noastră se comportă întotdeauna ca undele. Așa cum lumina se poate împrăștia la o fantă dublă și poate produce modele de împrăștiere, electronii pot prezenta și efecte de interferență.
În 1933, cei doi teoreticieni Piotr Kapitza și Paul Dirac au demonstrat că un fascicul de electroni este chiar difractat de la o stație. undă luminoasă (datorită proprietăților particulelor) și că sunt de așteptat efecte de interferență ca urmare a proprietăților undei.
O echipă germano-chineză condusă de profesorul Reinhard Dörner de la Universitatea Goethe din Frankfurt a reușit să folosind acest efect Kapitza-Dirac pentru a vizualiza chiar și evoluția temporală a undelor de electroni, cunoscută sub numele de faza mecanică cuantică a electronilor. Studiul este publicat în revista Science.
„A fost un fost cercetător de doctorat la institutul nostru, Alexander Hartung, cel care a construit inițial aparatul experimental”, spune Dörner. „După ce a plecat, Kang Lin, un coleg Alexander von Humboldt care a lucrat în echipa de la Frankfurt timp de patru ani, a putut să-l folosească pentru a măsura efectul Kapitza-Dirac dependent de timp”. Pentru a face acest lucru, a fost necesar să se dezvolte în continuare descrierea teoretică, deoarece Kapitza și Dirac nu au luat în considerare în mod specific evoluția temporală a fazei electronilor la acel moment.
În experimentul lor, oamenii de știință din Frankfurt a tras pentru prima dată două impulsuri laser ultrascurte din direcții opuse la un gaz xenon. La punctul de încrucișare, aceste impulsuri de femtosecundă - o femtosecundă este o cvadrilionime dintr-o secundă - au produs un câmp de lumină ultraputernic pentru fracțiuni de secundă. Aceasta a smuls electronii din atomii de xenon, adică i-a ionizat.
Foarte scurt după aceea, fizicienii au tras o a doua pereche de impulsuri laser scurte către electronii eliberați în acest mod, care au format și o undă staționară. in centru. Aceste impulsuri au fost puțin mai slabe și nu au provocat nicio ionizare suplimentară. Cu toate acestea, acum au fost capabili să interacționeze cu electronii liberi, care au putut fi observați cu ajutorul unui microscop de reacție COLTRIMS dezvoltat la Frankfurt.
„În punctul de interacțiune, se pot întâmpla trei lucruri”, spune Dörner. „Fie electronul nu interacționează cu lumina – fie este împrăștiat la stânga sau la dreapta.”
Conform legilor fizicii cuantice, aceste trei posibilități împreună se adună la o anumită probabilitate ca se reflectă în funcția de undă a electronilor: spațiul asemănător unui nor în care electronul — cu o anumită probabilitate — se prăbușește, ca să spunem așa, în felii tridimensionale. Aici, evoluția temporală a funcției de undă și faza acesteia depinde de cât de mult timp trece între ionizare și momentul impactului celei de-a doua perechi de impulsuri laser.
„Acest lucru deschide multe aplicații interesante în domeniul cuantic. fizică. Sperăm că ne va ajuta să urmărim modul în care electronii se transformă din particule cuantice în particule complet normale în cel mai scurt spațiu de timp. Intenționăm deja să-l folosim pentru a afla mai multe despre încurcătura dintre diferite particule pe care Einstein le-a numit „înfricoșătoare, „”, spune Dörner.
Comentarii:
Adauga Comentariu