Cuando un sistema cuántico cambia de estado, esto se llama salto cuántico. Generalmente, estos saltos cuánticos se consideran instantáneos. Ahora, Los nuevos métodos de medición de alta precisión nos permiten estudiar la evolución temporal de estos saltos cuánticos. En una escala de tiempo de attosegundos, su estructura temporal se hace visible. Es la medición de tiempo de saltos cuánticos más precisa hasta la fecha.

Las partículas cuánticas pueden cambiar de estado muy rápidamente; esto se denomina "salto cuántico". Un átomo, por ejemplo, puede absorber un fotón, cambiando así a un estado de energía superior. Generalmente, se cree que estos procesos ocurren instantáneamente, de un momento a otro. Sin embargo, con nuevos métodos, desarrollado en TU Wien (Viena), ahora es posible estudiar la estructura temporal de cambios de estado tan extremadamente rápidos. Al igual que un microscopio electrónico, nos permite observar estructuras diminutas que son demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista. Los pulsos láser ultracortos nos permiten analizar estructuras temporales que antes eran inaccesibles.

La parte teórica del proyecto fue realizada por el equipo del Prof. Joachim Burgdörfer en TU Wien (Viena), que también desarrolló la idea inicial del experimento. El experimento se realizó en el Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica en Garching (Alemania). Los resultados ya se han publicado en la revista. Física de la naturaleza .

La medición de tiempo más precisa de saltos cuánticos

Un átomo de helio neutro tiene dos electrones. Cuando es golpeado por un pulso láser de alta energía, se puede ionizar:uno de los electrones se arranca del átomo y se aparta de él. Este proceso ocurre en una escala de tiempo de attosegundos:un attosegundo es una mil millonésima de mil millonésima de segundo.

"Uno podría imaginar que el otro electrón, que se queda en el átomo, realmente no juega un papel importante en este proceso, pero eso no es cierto ", dice Renate Pazourek (TU Wien). Los dos electrones están correlacionados, están estrechamente conectados por las leyes de la física cuántica, no pueden verse como partículas independientes. "Cuando se quita un electrón del átomo, parte de la energía láser se puede transferir al segundo electrón. Permanece en el átomo, pero se eleva a un estado de energía superior ", dice Stefan Nagele (TU Wien).

Por lo tanto, Es posible distinguir entre dos procesos de ionización diferentes:uno, en el que el electrón restante gana energía adicional y uno, en el que permanece en un estado de mínima energía. Usando una configuración experimental sofisticada, se pudo demostrar que la duración de estos dos procesos no es exactamente la misma.

"Cuando el electrón restante salta a un estado excitado, el proceso de fotoionización es un poco más rápido, unos cinco attosegundos ", dice Stefan Nagele. Es notable lo bien que los resultados experimentales concuerdan con los cálculos teóricos y las simulaciones por computadora a gran escala llevadas a cabo en el Clúster Científico de Viena. La supercomputadora más grande de Austria:"La precisión del experimento es mejor que un attosegundo. Esta es la medición de tiempo más precisa de un salto cuántico hasta la fecha", dice Renate Pazourek.

Controlar Attosegundos

El experimento proporciona nuevos conocimientos sobre la física de escalas de tiempo ultracortas. Efectos que hace unas décadas todavía se consideraban "instantáneas", ahora pueden verse como desarrollos temporales que se pueden calcular, medido e incluso controlado. Esto no solo ayuda a comprender las leyes básicas de la naturaleza, también trae nuevas posibilidades de manipular la materia a escala cuántica.