Los físicos monitorearon la recombinación de electrones en tiempo real

La medición de procesos dinámicos rápidos en la naturaleza generalmente se basa en la observación de la respuesta no lineal de un sistema a interacciones cronometradas con precisión con estímulos externos. Esto generalmente requiere dos (o más) eventos controlados, con información resuelta en el tiempo obtenida al variar de forma controlada los retrasos de interpolación.

Usando una técnica innovadora desarrollada por los físicos de MPIK y utilizada por los colaboradores de MPI-PKS para verificar la teoría mecánica cuántica, el movimiento del electrón en un campo láser infrarrojo fuerte se monitorea en tiempo real. El método experimental combina el movimiento de electrones libres inducido por un pulso de infrarrojo cercano con el espectro de absorción de un pulso ultravioleta extremo ionizante.

Aunque el electrón es un objeto cuántico, la descripción clásica de su movimiento es apropiada para nuestra técnica experimental.

La física de campo fuerte depende esencialmente de la generación de armónicos superiores, que convierte la luz óptica o del infrarrojo cercano (NIR) en el régimen ultravioleta extremo (XUV). En un conocido concepto de tres pasos, el campo de luz impulsora (1) ioniza el electrón mediante ionización en túnel, (2) lo acelera de regreso al núcleo de iones, donde el electrón (3) choca nuevamente y emite luz XUV. Se integra de nuevo.

En este estudio, los físicos reemplazaron el primer paso con la ionización de fotón único XUV, que tiene una doble ventaja: en primer lugar, se puede elegir el tiempo de ionización en relación con la fase NIR. En segundo lugar, la ionización de túnel puede modular el láser NIR a intensidades bajas que no son posibles en la práctica. Esto nos permite estudiar la recombinación de electrones impulsada por un campo fuerte en el caso límite de baja intensidad.

La espectroscopia de absorción transitoria de attosegundos, previamente establecida para electrones por un grupo dirigido por Christian Ott, es el método utilizado aquí con la reconstrucción del momento dipolar dependiente del tiempo. Combina el momento dipolar dependiente del tiempo con el movimiento clásico (trayectorias) de los electrones ionizados, en este caso, extendiendo el enfoque a los electrones libres.

Doctor. dijo el estudiante Tobias Held. «Nuestro nuevo método, utilizado como sistema modelo para el helio, combina los espectros de absorción de la luz ionizante con las trayectorias de los electrones. Esto nos permite estudiar la dinámica ultrarrápida con una sola medición espectroscópica sin escanear el tiempo de retardo para generar la dinámica cuadro por cuadro.

Los resultados de las mediciones indican que, según la configuración experimental, la polarización circular de la onda de luz aumenta la probabilidad de devolver el electrón al ion. Por contraintuitivo que parezca, los teóricos habían anticipado este resultado.

Esta interpretación de reconexión de órbitas climáticas está justificada por simulaciones clásicas. Cada vez que un electrón (re)colisiona con un átomo de helio (la línea verde se cruza con la línea central blanca), se produce una transición característica y una mejora dependiente del tiempo del dipolo atómico (el efecto de una rápida oscilación rojo-azul cerca de la línea central), que puede ser recogido por un experimento de espectroscopia de absorción de attosegundos.

Jefe de equipo Christian Ott Hay esperanza sobre Potencial futuro de este nuevo enfoque: «En general, nuestra técnica nos permite sondear el movimiento de electrones impulsado por láser en un nuevo régimen de baja intensidad, y puede usarse en una variedad de entornos, por ejemplo, para estudiar la dinámica de electrones impulsada por láser dentro de átomos o moléculas grandes».

Nota del diario:

1. Tobias Held, Jonathan DuBois, et al. Observación en tiempo real de attosegundos de trayectorias de electrones de recombinación en helio a baja intensidad de láser. Cartas de revisión física 130, 183201 (2023). DOI: 10.1103/PhysRev Lett.130.183201