Счет на аттосекунды: как самые быстрые электроимпульсы преобразят ядерные исследования

Физики из Университета Констанца установили мировой рекорд, сгенерировав один из самых коротких сигналов, когда-либо созданных человеком. Максим Царев, Иоганнес Турнер и Петер Баум разработали новую экспериментальную установку, которая позволяет получать электронные импульсы продолжительностью в аттосекунды — квинтиллионные доли секунды. Это открывает новые перспективы в исследовании сверхбыстрых процессов.

Ученые использовали пары фемтосекундных световых вспышек от лазера. Метод позволяет зафиксировать процессы на уровне, который был бы недостижим при использовании только световых волн. Работа опубликована в журнале Nature Physics .

Углы падения и частоты световых волн настроили так, чтобы они синхронизировались с движущимися в вакууме частицами. Интересно, что обычно в вакууме плоские электромагнитные волны не провоцируют постоянные изменения скорости электронов. Причина — закон сохранения энергии и импульса.

Однако в этом эксперименте сработал эффект Капица-Дирека: при наличии двух фотонов в волне, движущейся медленнее скорости света, это ограничение можно преодолеть. В эксперименте исследователи применили пондеромоторную силу, которая направляла электроны к точкам с минимальной амплитудой.

Пондеромоторная сила — средняя сила, действующая на частицу в поле переменного электромагнитного поля.

Продолжительность полученных сигналов составила около пяти аттосекунд. «Вместо равномерного движения в исходных сигналах мы наблюдаем широкий разброс скоростей. Это происходит из-за того, что некоторые электроны сильно замедляются или ускоряются в процессе создания коротких импульсов». — пояснил физик Иоганнес Турнер.

Профессор Петер Баум считает, что хотя разработка находится на начальной стадии, она имеет огромный потенциал: «Двухфотонная компрессия позволяет нам работать в иных временных рамках и, возможно, даже изучать ядерные реакции».