Pulserende leegte in het atoom

Attoseconde flitsen tonen voor het eerst gedrag van elektronenspleten in het geïoniseerde atoom

Een reeks afzonderlijke afbeeldingen laat zien wat er gebeurt op de plaats in het atoom, de vorige
voorlezen

Voor het eerst hebben natuurkundigen waargenomen wat er in een atoom gebeurt op het punt waar een enkel elektron werd uitgeschakeld: met behulp van ultrakorte laserpulsen konden ze de pulserende vervorming van de vacature vastleggen en in beeld brengen. Over hun unieke realtime inzicht in de microkosmos rapporteren ze nu in het wetenschapsmagazine "Nature".

Omdat de elementaire deeltjes de wetten van de kwantummechanica volgen, kan de locatie van elektronen in een atoom niet precies worden bepaald. Daarom een ​​soort wolk voor de kwantummechanische beschrijving van de waarschijnlijkheid van verblijf van elementaire deeltjes. Het enige dat duidelijk is, is dat ze snel bewegen, ze hebben waarschijnlijk slechts een paar attoseconden nodig voor een cyclus rond de atoomkern. Wat de elementaire deeltjes precies doen in de atmosfeer van de atomen is echter nog grotendeels onbekend.

Laserpulsen op Krypton-atomen

Nu heeft een internationaal team van het Laboratorium voor Attosecond Physics (LAP) voor het eerst waargenomen hoe de elektronenwolk beweegt in de tijd wanneer een van de elektronen in het atoom wordt vrijgegeven door een lichtpuls. In hun experimenten hadden de fysici laserpulsen uit het zichtbare bereik van het spectrum dat op krypton-atomen werd geraakt. De lichtpulsen van minder dan vier femtoseconden stoten elk een elektron uit de buitenste omhulsels van de atomen. Door het verlies van een elektron werden de atomen elk een positief geladen ion. Op het punt waar het elektron het atoom heeft verlaten, wordt een positief geladen gat gecreëerd.

Pulsatie van de direct waargenomen vacature

Kwantummechanisch gezien pulseert deze vrije ruimte nu verder in het atoom als zogenaamde quantumwerveling. De fysici konden deze pulsatie nu direct waarnemen met een tweede lichtpuls, die slechts ongeveer 150 attoseconden duurde en in extreem ultraviolet licht was. Het bleek dat de positie van het gat in het ion, dat wil zeggen de positief geladen plaats, cyclisch beweegt tussen een langwerpige knotsachtige en een compacte samengetrokken vorm binnen slechts ongeveer zes femtoseconden.

"Dit is de eerste keer dat we de verandering in een ladingsverdeling direct in een atoom konden registreren", legt Eleftherios Goulielmakis van het Max Planck Instituut voor Quantum Optics in Garching uit. tonen

Electron werd vrijgegeven. Vanuit kwantummechanisch oogpunt blijft de vrije ruimte pulseren

Belangrijke bevindingen voor elektronica, maar ook medicijnen

De bevindingen van de onderzoekers helpen om de dynamiek van elementaire deeltjes buiten de atoomkern beter te begrijpen. Deze bliksemsnelle dynamiek is vooral verantwoordelijk voor de volgorde van biologische en chemische processen. "Met onze experimenten hebben we een uniek, realtime inzicht in de microkosmos verkregen", legt professor Ferenc Krausz uit, ook van het Max Planck Instituut. Een betere kennis van deze processen kan in de toekomst ook leiden tot een betere kennis van de microscopische oorzaken van de ontwikkeling van ernstige ziekten. Evenzo dient het begrip van ultrasnelle processen om de elektronische gegevensverwerking geleidelijk te versnellen naar de ultieme limieten van elektronica.

(Max Planck Institute of Quantum Optics, 05.08.2010 - NPO)