La fotoemisión es una propiedad de los metales y otros materiales que emiten electrones cuando son golpeados por la luz. Albert Einstein ya explicó la emisión de electrones después de la absorción de luz. Pero dado que este efecto es un proceso muy complejo, los científicos aún no han podido dilucidar completamente sus detalles. El Prof. Dr. Bernd von Issendorff y su equipo en el Instituto de Física de la Universidad de Friburgo ahora han logrado detectar un efecto cuántico previamente desconocido en las distribuciones angulares de fotoelectrones de grupos de metales criogénicos seleccionados en masa. Las distribuciones angulares se asemejan a las de las partículas clásicas, un comportamiento que es sorprendentemente explicable por la fuerte interacción electrón-electrón en estos sistemas de muchos electrones. Los investigadores publicaron este hallazgo en la edición actual de Cartas de revisión física .

Electrones con momentos angulares bien definidos

Los cúmulos de metales pueden verse como sistemas cuánticos que consisten en una cantidad contable de partículas cuánticas, en este caso electrones, en una simple caja de potencial esférica. Los electrones en grupos de metales simples poseen momentos angulares relativamente bien definidos, aunque un racimo nunca es perfectamente redondo. Esto se debe al blindaje prácticamente óptimo de los núcleos atómicos por el sistema de electrones. Por eso, un solo electrón experimenta solo una interacción promedio que es notablemente cercana a la interacción con un potencial de caja esférica. Como consecuencia, los electrones prácticamente asumen estados propios de momento angular, es decir., rotar con un momento angular bien definido. Es más, la fotoemisión del electrón ocurre solo en la superficie del cúmulo, porque solo allí se puede transferir al electrón el momento radial requerido.

La emisión de electrones ocurre solo en la superficie

Los investigadores esperaban que el impulso del electrón se conservara paralelo a la superficie durante la fotoemisión, ya que no hay fuerzas que actúen en esta dirección. "Dado que un electrón con un momento angular definido en la superficie tiene un momento definido paralelo a él, se podría suponer, "explica von Issendorff, "que la distribución angular de los electrones corresponde a la de las bolas simplemente liberadas por los niños de un tiovivo giratorio. No vuelan radialmente hacia afuera sino tangencialmente a la trayectoria circular". Los investigadores de Freiburg observaron precisamente este efecto en los grupos de metales, verificando así que los electrones de hecho pueden verse como partículas que giran en un potencial de caja y que la emisión de electrones realmente ocurre solo en la superficie. La sorpresa, sin embargo, dice von Issendorff, es que esta observación es completamente contradictoria con las simulaciones de la mecánica cuántica, que siempre predicen un comportamiento mucho más complejo dominado por inferencias y resonancias en el proceso de ionización.

Descripción matemática de las funciones angulares

Sin embargo, los investigadores de Friburgo pudieron resolver esta contradicción:sobre la base de su trabajo anterior y en discusiones con investigadores del Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos en Dresde, derivaron una descripción matemática completa de las funciones angulares que se corresponde muy bien con el experimento. La suposición central de esta nueva descripción es que el cúmulo es completamente no transparente para los electrones:los electrones están fuertemente desacelerados dentro del cúmulo. Esto conduce a una supresión de los efectos de interferencia y resonancia y, por lo tanto, a un comportamiento casi clásico. Ya se sabía que la decoherencia suprime las interferencias. Qué es nuevo, sin embargo, es que la fuerte disipación no conduce a un lavado completo de las distribuciones angulares de los electrones, pero por el contrario, produce distribuciones muy estructuradas y casi clásicas.

Comportamiento como una partícula clásica

"Estamos acostumbrados a que los efectos cuánticos predominen a pequeña escala, Considerando que una descripción clásica es a menudo una buena aproximación para efectos a escalas mayores, "explica von Issendorff." Aquí, el comportamiento clásico surge incluso a pequeña escala a través de la disipación. La complicada interacción entre una multitud de electrones da como resultado que uno de estos electrones se comporte como una partícula clásica ".