Физики зарегистрировали самый короткий временной интервал из всех встречающихся в природе. Ученые смогли определить время вылета электрона из атома при поглощении фотонов. Статья исследователей опубликована в журнале Science и даже вынесена на его обложку. Коротко работа описана в пресс-релизе института квантовой оптики имени Макса Планка.
При поглощении фотонов атом приобретает "лишнюю" энергию, которой при определенных условиях может быть достаточно для того, чтобы "выбить" из атома один или несколько электронов. Это явление носит название фотоэффекта, и именно оно принесло Нобелевскую премию Альберту Эйнштейну. До сих пор считалось, что поглощение фотона и вылет электрона происходят одновременно, но авторы новой работы решили проверить, так ли это.
Исследователи выбивали электроны из атомов неона, облучая молекулы этого газа ультрафиолетовым излучением и излучением, близким к инфракрасному. Ультрафиолетовый импульс длился менее 200 аттосекунд (аттосекунда - это 10-18 секунды), а инфракрасный - менее четырех фемтосекунд (фемтосекунда соответствует 10-15 секунды). Такое двойное облучение позволяло выбить из атомов неона как наружные электроны с так называемой 2p-орбитали, так и электроны с лежащей глубже 2s-орбитали (это происходило под воздействием ультрафиолета) и одновременно определить, когда именно они вылетели.
Ученые определили, что электроны покидают атом не сразу после поглощения им фотонов, а спустя 20 аттосекунд. Теоретические модели, созданные физиками из той же группы, предсказывали, что временная задержка не должна составлять более 5 аттосекунд. Авторы полагают, что расхождение между теорией и практикой связано со взаимодействием электронов друг с другом - в атоме неона их десять, и на сегодняшнем этапе развития компьютерных технологий все взаимодействия между ними просчитать невозможно.
Результаты новой работы имеют значение как для фундаментальной науки, так и для прикладных применений. Процессы поглощения фотонов и вылета электронов постоянно происходят в живых системах, кроме того, умение определять столь крошечные временные интервалы важно для разработки микропроцессоров.