Аттосекунды ионизации
Как историко-научный анекдот можно
рассматривать возражения Д.И.Менделеева против
ионов С.А.Аррениуса. И почему умудренные опытом
одни коллеги практически всегда выступают
против «заскоков» других, которые в конечном
счете нередко оказываются по существу правы!
Недаром Макс Планк констатировал, что новые идеи
не побеждают, просто вымирают носители старых…
Совсем недавно в науке достигнут уровень
аттосекундных (1 ас = 10–18 с) импульсов, с
помощью которых можно увидеть даже
«остановленный миг», не то что летящую пулю.
Благодаря последним достижениям лазерной
техники теперь можно получать стабильные
импульсы, представляющие собой всего лишь
несколько волновых пакетов, что позволяет
осуществлять манипуляции высочайшей точности.
Ранее лазерные импульсы состояли из очень многих
волновых пакетов, колебания которых не были
достаточно синхронными, что делало результат
измерения непредсказуемым (это сродни
измерениям, проводимым с дрожащей миллиметровой
линейкой).
Технически такая высокая степень точности
достигается благодаря «компрессии» света,
направляемого на пары неона. Ученые института
квантовой оптики им. М.Планка (Германия) сумели с
помощью титан-сапфирового лазера осуществить
ионизацию неона, вызвав каскад электронов. Затем,
прибегнув к титан-сапфировому усилителю, они
производили «временную компресcию», т.е. фазовую
модуляцию. Импульсы продолжительностью всего
лишь 20 фемтосекунд (1 фс = 10–15 с) направляли
на капсулу с неоном длиной 2 мм. Конечный импульс
после всех модуляций и компрессий имел
продолжительность 5 фс!
Использование такой ультрабыстрой лазерной
технологии приводит в итоге к генерации фотонов
мягкого рентгеновского излучения с
продолжительностью менее 250 ас. Это достижение
вызвало восторг у редакции журнала «Nature», в
котором опубликована статья немецких ученых.
Что такое одна аттосекунда? За это время свет
проходит расстояние, сравнимое с размерами
молекулы воды. Если сделать фотографии молекул с
выдержкой 1 ас, то молекулы покажутся просто
«замороженными», поскольку тепловые колебания
атомов в молекулах происходят за сотни, а то и
тысячи аттосекунд, а молекулярные вращения – за
миллионы!
Новая технология позволяет измерять время
ионизации, т.е. отрыва электрона от атома или
молекулы, с точностью около 250 ас. Достичь большей
точности запрещает квантовый принцип
неопределенности Гейзенберга. Удалось также
определить время захвата электрона ионом,
образовавшимся в результате ионизации. Теперь мы
можем не только «слепо» верить Аррениусу, но и
точно измерять времена ионизации атомов и
молекул (время образования ионов).
Но суть для большинства даже не в этом.
Новый ультрабыстрый рентгеновский лазер
позволяет намного точнее измерять время, чем
атомные часы, используемые сегодня в центрах
стандартов времени и на орбитальных спутниках
Глобальной позиционной системы, без которой
немыслима современная мобильная связь.
Кроме того, лазерные неоновые устройства гораздо
дешевле и надежнее громоздких атомных часов. К
тому же создана «оптическая гребенка»,
позволяющая получать абсолютно идентичные
световые и рентгеновские импульсы. Не исключено,
что использование таких импульсов приведет к
новым открытиям как в области электроники, так и
в квантовой физике и химии.
Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Nature, 2003, № 6923, р. 611)
|