Физики сгенерировали один из самых коротких сигналов, когда-либо производимых людьми

Ученые из Университета Констанца разработали метод использования фемтосекундных световых вспышек для генерации электронных импульсов длительностью около пяти аттосекунд. Этот прорыв, обеспечивающий более высокое временное разрешение, чем у световых волн, открывает путь к наблюдению сверхбыстрых явлений, таких как ядерные реакции.

Физики сгенерировали один из самых коротких сигналов, когда-либо производимых людьми

Иногда в природе происходят молекулярные или твердотельные процессы, занимающие крошечные временные интервалы, такие как фемтосекунды (одна квадриллионная доля секунды) или аттосекунды (одна квинтиллионная доля секунды). Ядерные реакции происходят еще быстрее. Ученые из Университета Констанца, Максим Царев, Йоханнес Тёрнер и Питер Баум, сейчас используют новую экспериментальную систему для получения сигналов продолжительностью всего в аттосекунды, что открывает новые горизонты для исследований сверхбыстрых явлений.

Даже световые волны не могут обеспечить такое высокое временное разрешение, так как один период световой волны слишком долог. Электроны предоставляют решение этой проблемы, так как их движение может обеспечить значительно более высокую временную детализацию. В эксперименте ученые из Констанца используют пары фемтосекундных световых импульсов лазера для создания очень коротких электронных импульсов в вакууме. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Physics.

Подобно волнам на поверхности воды, световые волны могут наложиться друг на друга, создавая гребни и впадины в стоячих или движущихся волнах. Физики выбрали углы падения и частоты так, чтобы электроны, двигаясь со скоростью, равной половине скорости света, пересекались с гребнями и впадинами оптических волн с такой же скоростью.

Затем пондеромоторная сила начинает двигать электроны в направлении следующей волны. Это создает серию чрезвычайно коротких электронных импульсов, особенно сильных в середине этой серии, где электрические поля наиболее мощные. На самом деле, длительность электронных импульсов составляет лишь около пяти аттосекунд. Ученые измеряют распределение скоростей электронов после этого взаимодействия.

С точки зрения квантовой механики это представляет собой временную суперпозицию (интерференцию) электронов, переживших одинаковое ускорение в разное время. Этот эффект имеет значение в квантово-механических исследованиях, таких как взаимодействие между электронами и светом.

Это также интересно тем, что плоские электромагнитные волны, например, световой луч, обычно не могут изменять скорость электронов в вакууме, так как общий импульс и энергия массы электрона и фотона, не имеющего массы покоя, не могут сохраняться. Однако, наличие двух фотонов в волне, двигающейся медленнее скорости света, решает эту проблему (эффект Капицы-Дирака).

Питер Баум, профессор физики и руководитель группы света и материи в Университете Констанца, отмечает, что эти результаты являются фундаментальными исследованиями, но они предоставляют большие возможности для будущих исследований.

Если воздействовать на материал двумя нашими короткими импульсами через разные интервалы времени, первый импульс может изменить его состояние, и второй импульс можно использовать для наблюдения за этим изменением, подобно моменту съемки на фотоаппарате.

Он также отмечает, что в будущем можно будет использовать лазеры с любой мощностью для еще более интенсивного сжатия.

Наш метод двойного фотонного сжатия открывает новые горизонты в изучении времени и, возможно, даже в наблюдении за ядерными реакциями.

Читайте также

Ученые выяснили, что Средиземное море быстро теплеет и становится солонее на глубине до 4 км

Ученые выяснили, что Средиземное море быстро теплеет и становится солонее на глубине до 4 км

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

Антарктический лед сохранил след движения Солнечной системы через межзвездное облако

Антарктический лед сохранил след движения Солнечной системы через межзвездное облако

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Пять медицинских роботов, которые уже меняют работу больниц прямо сейчас

Пять медицинских роботов, которые уже меняют работу больниц прямо сейчас

Марсоход Curiosity обнаружил на Марсе необычные неглубокие ямы

Марсоход Curiosity обнаружил на Марсе необычные неглубокие ямы

США впервые официально подтвердили размещение оружия в космосе

США впервые официально подтвердили размещение оружия в космосе

Minecraft портировали на PlayStation 2 с 32 МБ оперативной памяти

Minecraft портировали на PlayStation 2 с 32 МБ оперативной памяти

Ученые предложили искать следы древних инопланетных технологий в лунной пыли

Ученые предложили искать следы древних инопланетных технологий в лунной пыли