Un nuevo protocolo de medición, desarrollado en TU Wien (Viena), permite medir la fase cuántica de los electrones, un paso importante para la física de attosegundos.

Es como un microscopio para medir el tiempo:los métodos actuales de física de attosegundos nos permiten medir intervalos de tiempo extremadamente cortos. Con la ayuda de pulsos de láser cortos, Los procesos físicos se pueden investigar en una escala de tiempo de attosegundos, es decir, mil millonésimas de mil millonésimas de segundo.

Por ejemplo, es posible estudiar cómo se ioniza un solo átomo y cómo un electrón sale del átomo. El electrón no se comporta simplemente como una partícula puntual, pero sus propiedades de onda física cuántica juegan un papel importante:el electrón es en realidad una onda electrónica que oscila en una escala de tiempo extremadamente corta y en una escala de longitud diminuta. Es un gran desafío medir la duración del ciclo de tal oscilación, pero es aún más difícil determinar su fase:¿Cuál es exactamente el latido que sigue la oscilación del electrón? Si un electrón se puede ionizar de dos formas diferentes, ¿Ambas ondas de electrones oscilarán al unísono perfecto, ¿O habrá un pequeño retraso de tiempo (es decir, un cambio de fase)? Un equipo de TU Wien (Viena) y el CREOL College de la Universidad de Florida Central ha diseñado teóricamente un protocolo que permite medir la fase de dichas ondas de electrones. Esto permite una nueva, mejor visualización de fenómenos importantes utilizados en fotosensores o fotovoltaica.

¿Están los electrones desincronizados?

"Cualquier onda consta de crestas y valles de ondas, y la fase de la onda nos dice en qué puntos del espacio y el tiempo se encuentran, "dice Stefan Donsa, quien desarrolló el nuevo método de medición, trabajando en su disertación en el grupo de investigación del Prof.Joachim Burgdörfer (Instituto de Física Teórica, TU Viena). "Si dos ondas cuánticas se superponen de tal manera que cada pico de onda de una onda se encuentra con un pico de onda de la otra onda, luego se suman. Pero si desplaza una de las ondas un poco de modo que la cresta de una onda se superponga con el valle de la otra onda, también pueden anularse ". Por lo tanto, Los cambios de fase juegan un papel muy importante en la física cuántica.

Es similar a encontrar el ritmo correcto en la música:no es suficiente que dos músicos toquen al mismo tempo. Sus latidos también deben coincidir exactamente en el tiempo, sin ningún cambio de fase en el medio. Para ello necesita un reloj de referencia, como un director de orquesta o un metrónomo. El protocolo de medición cuántica recientemente desarrollado utiliza algo similar:un proceso atómico sirve como referencia para el otro.

Uno o dos fotones

"En simulaciones por computadora, hemos estudiado átomos de helio que son ionizados por pulsos de láser a diferentes energías, ", dice Iva Brezinova." El átomo de helio puede absorber un fotón del pulso láser y emitir un electrón. Este electrón tiene entonces una fase específica, que es extremadamente difícil de medir ".

El truco del método recientemente desarrollado es agregar un segundo efecto cuántico como un reloj, que sirve como un metrónomo cuántico, por así decirlo. En lugar de absorber solo un fotón, el átomo también puede absorber dos fotones a la vez, bajo ciertas condiciones. Esta doble absorción conduce al mismo resultado final:un electrón volando con una energía muy específica. Pero esta vez este electrón tiene una fase diferente, y esta diferencia se puede medir.

Protocolos de medición complicados

En física de attosegundos no es posible crear simplemente una película de un sistema físico cuántico con una cámara. En lugar de, Deben utilizarse complicados protocolos experimentales. Actualmente se utilizan varios protocolos de este tipo, pero ninguno de ellos ha permitido hasta ahora la medición directa de la fase electrónica.

El nuevo protocolo, que ahora ha sido desarrollado por los equipos de Viena y Florida, debería hacer esto posible. "Nuestro nuevo protocolo de medición nos permite traducir la información sobre la fase electrónica en su distribución espacial mediante la combinación de pulsos láser muy especiales, "explica Stefan Donsa." Al utilizar el tipo correcto de pulsos láser, la información de fase se puede obtener directamente de la distribución angular de los electrones ".

El protocolo experimental recientemente propuesto se ha publicado ahora en la revista Cartas de revisión física . Ahora, Depende de experimentar para probar los límites de este método, para ver qué información de la mecánica cuántica se puede obtener en la práctica utilizando el nuevo protocolo.