Измерване на времето без хронометър Max Planck Society
Новият метод използва единично измерване на спектъра на поглъщане
Трептенето на електроните, задвижвани от силен лазерен импулс, може да бъде възстановено от едно измерване на спектъра на поглъщане. За това не са необходими импулси на помпа и тест като импулсни и стоп сигнали. Новата концепция обещава бъдещи приложения за свръхбързи процеси в химията и биологичните реакции. [Писма за физически преглед, 26 октомври 2018 г.]
Разбирането и контролът на свръхбързата квантова динамика в материята е едно от централните предизвикателства в съвременната физика. В повечето случаи реакцията на изследваната система на външно смущение, напр. Б. възбуждане, измерено в схема на помпа-сонда. Първият лазерен импулс стартира динамичен процес, който след това се задава с втори лазерен импулс с променливо закъснение. Понастоящем това позволява измерване на свръхбързи движения до времеви скали на фемто- и атосекунди, които са милионната или милиардната част от милиардната секунда. Все още обаче е трудно да се измери динамиката на свързаните електрони под въздействието на интензивни лазерни полета в реално време. Един от начините да направите това е да извлечете вълнообразното трептене на заряда на електрона, наречено „диполна реакция”, от измерванията.
Като цяло вълната и нейният допълващ спектър, които и двете са математически свързани чрез преобразуване на Фурие, се описват от комплексни числа с по две реални величини: амплитуда и фаза. Първият е свързан с интензивността, вторият с времето. Ако една система се възбужда от много кратък лазерен импулс, простото преобразуване на Фурие на измерения спектър на поглъщане позволява да се възстанови еволюцията на времето на диполния отговор. Това вече беше известно за режима на слаби светлинни полета под термина "линеен отговор".
Фиг. 1: Диполна реакция на He атом, модифициран от IR лазерен импулс след възбуждане от UV лазерен импулс. Спектърът е свързан с функцията за реакция чрез преобразуване на Фурие (FT).
Физици от Института за ядрена физика Макс Планк и Техническия университет във Виена (TUW) сега показаха, че тази концепция може да бъде обобщена за случая на силен допълнителен лазерен импулс, който задвижва диполната реакция на електроните. Фиг. 1 илюстрира експерименталната процедура, проведена от Veit Stooß в групата на Christian Ott и Thomas Pfeifer в MPIK: Ултракъс (атосекунден) ултравиолетов лазерен импулс (UV, син) е последван директно от интензивен фемтосекунден инфрачервен импулс (IR, червен), диполният отговор (виолетов) на пробата - тук хелиев атом - модифициран. Анализира се ултравиолетовият спектър на поглъщане, за който допринасят излъченият атосекунден импулс и диполната реакция (вдясно). Функцията на реакция, зависима от времето, задвижвана от силното IR поле, може да бъде реконструирана от измерения спектър, използвайки преобразуване на Фурие.
Фиг. 2: Реконструиран диполен отговор (син) за три различни интензитета на IR. Теория: симулация "Ab Initio" (зелено), "модел с няколко състояния" (оранжево), експоненциално разпадане (пунктирано черно).
Демонстрираният тук подход за временна реконструкция не прави предположения за изследваната проба и следователно като цяло трябва да бъде приложим за сложни системи като големи молекули в разтвори или за експерименти с лазери със свободни електрони, при които пълната информация се записва в един кадър. Освен това, концепцията дори не се ограничава до лазерни полета, но може да се приложи към всякакъв вид взаимодействие.