(a) Diagrama esquemático de la generación de radiación de sincrotrón por onduladores. Los anchos de tiempo de los pulsos de radiación están determinados por la ampliación espacial de los grupos de electrones. (b) El pulso de radiación contiene muchas ondas cortas (paquetes de ondas) emitidas por electrones individuales. En el presente estudio, dos onduladores están dispuestos en serie para generar pares de paquetes de ondas. Cada paquete de ondas oscila solo 10 veces en 2 femtosegundos. Los intervalos de tiempo de los pares de paquetes de ondas se ajustan desviando los grupos de electrones con un imán entre los dos onduladores. Crédito:NINS / IMS
Los científicos en Japón han observado e interferido con el movimiento ultrarrápido del movimiento de electrones dentro de un átomo de xenón utilizando los pares coherentes de ondas de luz cortas en la radiación de sincrotrón. Xenón, que consiste en un núcleo rodeado por cinco capas anidadas que contienen un total de 54 electrones, se utiliza en lámparas de flash, y arde brillante y rápido. Los electrones luminiscentes se mueven allí en una escala de tiempo de una mil millonésima de segundo. Sin embargo, el movimiento rápido de los electrones es seis órdenes de magnitud más lento que el observado por los científicos. Usando la instalación de sincrotrón en el Instituto de Ciencia Molecular, siguieron el movimiento de los electrones en relajación para arrojar energía al caer desde una capa externa a una capa interna. El proceso ocurre en una escala de tiempo de femtosegundos, o una millonésima de mil millonésima de segundo. Un femtosegundo equivale a un segundo como un segundo equivale a casi 32 millones de años. La capacidad de observar y controlar estos procesos ultrarrápidos podría abrir la puerta a experimentos y aplicaciones de próxima generación, según los investigadores.
Los resultados fueron publicados el 17 de marzo en Cartas de revisión física .
"Controlar y sondear el movimiento electrónico en átomos y moléculas en su escala de tiempo natural de attosegundos, que es una milésima de femtosegundo, es una de las fronteras de la física atómica y la física de attosegundos, "dijo el autor del artículo Tatsuo Kaneyasu, investigador de la SAGA Light Source, Kyushu Synchrotron Light Research Center en Japón. "En este estudio, demostramos que los procesos ultracortos en átomos y moléculas se pueden rastrear utilizando la propiedad ultracorta del paquete de ondas de radiación ".
Los avances recientes en la tecnología láser nos permiten producir ultrarrápidos, o ultracorto, pulsos de luz dobles que pueden interactuar con procesos subatómicos. Esta interferencia se puede controlar ajustando con precisión el tiempo entre cada pulso. El pulso excita electrones, cuyo movimiento se denomina paquete de ondas de electrones. Kaneyasu y su equipo han logrado esta tecnología utilizando radiación de sincrotrón que tiene una gran ventaja en la generación de fotones de mayor energía que los láseres.
El panel superior muestra la intensidad de la fluorescencia de los estados excitados de la capa interna de los átomos de xenón medidos con los intervalos de tiempo cambiantes de los pares de paquetes de ondas. Los paneles inferiores muestran vistas ampliadas en las posiciones ayb del panel superior. Se observan fluctuaciones con un período de 63 attosegundos debido al efecto de interferencia entre los estados cuánticos excitados por los pares de paquetes de ondas. A medida que aumenta el intervalo de tiempo entre los dos paquetes de ondas de un par, la amplitud de la fluctuación decae debido a la relajación electrónica de los estados excitados de la capa interna. Crédito:NINS / IMS
"Este método, denominada 'interferometría de paquetes de ondas, "es ahora una herramienta fundamental para estudiar y manipular la dinámica cuántica de la materia, "Dijo Kaneyasu." En este estudio, el paquete de ondas de electrones se produjo superponiendo algunos estados electrónicos en un átomo de xenón ".
Al igual que dos haces superpuestos que producen una luz más intensa que la que emiten individualmente, dos paquetes de ondas de electrones superpuestos producen efectos cuánticos.
"El objetivo final es controlar y probar el movimiento electrónico ultrarrápido de una amplia gama de elementos, no solo en los átomos y moléculas en fase gaseosa, sino también en las materias condensadas, ", Dijo Kaneyasu." Esta nueva capacidad de la radiación de sincrotrón no solo ayuda a los científicos a estudiar los fenómenos ultrarrápidos en los procesos atómicos y moleculares, pero también puede abrir nuevas aplicaciones en el desarrollo de materiales funcionales y dispositivos electrónicos en el futuro ".
