Лазер способен определять положение электронов в атоме
Международная группа исследователей впервые использовала аттосекундные лазерные импульсы для отслеживания электронов в молекулах. Данный прорыв предполагает, что аттосекундные лазеры помогут ученым в скором времени решать проблемы в химии и биологии, которые до сих пор были слишком трудны для аттосекундной науки.
В течение почти 10 лет ученым удалось создать столь короткие лазерные импульсы, что открывает новый уровень в атомном исследовании. В отличие от фемтосекундных импульсов, которые могут только распознать статическое положение атомов и молекул, аттосекундные импульсы могут распознать расположение электронов на орбиталях атома.
С момента разработки, аттосекундные лазерные импульсы использовались для исследования различных процессов, включая возбуждение и ионизацию атомов, и динамику электронов в твердых телах. Одной из целей исследований было увидеть, как распределяется электрический заряд и как он влияет на движение ядер после ионизации.
Долгое время Марк Враккинг с коллегами из Института нелиненейной оптики и спектроскопии короткого времени Макса Борна, Берлин, делали попытки использования таких лазеров. Его группа, которая насчитывает исследователей из Италии, Голландии, Германии, Швеции, Франции, Колумбии и Великобритании, определили положение электронов на атомных орбиталях с помощью аттосекундного разрешения для водорода – простейшей природной молекулы в ионизированном состоянии.
При проведении экспериментов исследователи подвергают молекулу водорода воздействию ультрафиолетового (УФ) аттосекундного лазерного импульса, при этом теряется один электрон. Это делается перед разрывом молекулы на два атома с помощью инфракрасного (ИК) лазера. Изменяя задержку между импульсом УФ и ударом ИК, они могут построить изображение механизма отрыва электрона от атома, а также как электроны влияют на энергетические уровни ядра или его расщепление.
Группа Враккинга обнаружила, что взаимодействие электронов с атомами играют важную роль в процессе ионизации. В прошлом теория включала так называемое приближение Борна-Оппенгеймера, согласно которому электроны рассматривались настолько малыми частицами, что их влиянием на атомы можно пренебречь. Тем не менее, сейчас ученые способны определить, как это приближение нарушается. Ученые обнаружили непредвиденную особенность: при возбуждении оба электрона переходят в возбужденное состояние перед тем, как один покинет молекулу.
