Вперше поставлено повний експеримент для фотоіонізації позитивно зарядженого іону
Дослідники НДІЯФ імені Д. В. Скобельцина МДУ та Тихоокеанського державного університету (Хабаровськ) спільно із закордонними колегами з Італії, Німеччини та Японії вперше зуміли визначити всі квантовомеханічні параметри, необхідні для опису фотоіонізації позитивно зарядженого іону. Ця робота важлива для вивчення нелінійних процесів, що виникають при роботі нових джерел надкоротких ультрафіолетових і рентгенівських імпульсів. Результати опубліковані в журналі Nature Physics.
Фотоіонізацією називають таку іонізацію атомів і молекул, коли вони втрачають електрони в результаті поглинання фотона крайньої ультрафіолетової та рентгенівської області спектру. Щоб повністю охарактеризувати фотоіонізацію, потрібно реконструювати всі квантовомеханічні хвильові функції як вилітаючих, так і пов'язаних електронів, що взаємодіють із зовнішнім випромінюванням. За фундаментальними законами квантової механіки хвильову функцію електрону можна розкласти на кілька парціальних хвиль, амплітуди і відносні фази яких необхідно визначити для повного опису стану електрону.
Експеримент, в якому визначають всі квантомеханічні параметри, необхідні для опису досліджуваного процесу, отримав назву повного. Його концепцію 60 років тому вперше сформулював великий вітчизняний фахівець у галузі ядерної фізики та фізики елементарних частинок Я.А. Смородинський: коли вони його колеги аналізували розсіювання нуклону на нуклоні, у них виникло питання, скільки експериментів потрібно для знаходження всіх елементів матриці розсіювання. Через 10 років поняття повного експерименту увійшло в атомну фізику і довго слугувало стимулом до досліджень різноманітних елементарних атомно-молекулярних процесів. Адже виконавши повний експеримент, можна за кількома виміреними параметрами відновити будь-яку принципово спостерігувану в процесі, що вивчається, величину і з максимально досяжною для квантової механіки точністю перевірити теорію. В одному з оглядів з фотоіонізації повний експеримент був навіть названий «Священним Граалем».
Зазвичай повний експеримент - це насправді ряд експериментів, що проводяться в різний час в різних лабораторіях і різними методами. З їх результатів отримують набір параметрів, які і є мета повного експерименту. "Образно кажучи, вимірювання однієї окремої величини - це спостереження однієї проекції, можна сказати, тіні від процесу. Але тінь може обдурити спостерігача. Щоб повністю відновити об'єкт, спостерігачеві потрібні різні проекції ", - прокоментували проблему автори роботи, співробітники НДІЯФ, Олексій Грум-Гржимайло та Олена Гризлова.
Для повного експерименту необхідні найсучасніші експериментальні методи в поєднанні з глибоким теоретичним аналізом. Новий імпульс до розвитку повного експерименту в атомній фізиці був викликаний створенням нових джерел високочастотного випромінювання, таких, як лазери на вільних електронах.
Однак досі повні експерименти виконували тільки для процесів іонізації нейтральних атомів і молекул, що недостатньо для розуміння фізики взаємодії ультрафіолетового випромінювання з іонами. Саме тому так важливий нинішній повний експеримент з фотоіонізації позитивно зарядженого іону.
Фізики досліджували подвійну іонізацію атомів неона. Для цього використовували лазер на вільних електронах FERMI (Трієст, Італія), який може генерувати перебудовуються за частотою і поляризацією інтенсивні ультракороткі імпульси в ультрафіолетовому діапазоні.
Завдяки високій інтенсивності випромінювання FERMI атом неона послідовно поглинає два фотони з вильотом двох електронів, що призводить до утворення дворазово заряджених іонів. Фізики МДУ, які ініціювали саме дослідження, розробили теоретичне обґрунтування повного експерименту і виконали його чисельне моделювання. Повну інформацію про хвилеві функції електронів вдалося отримати за допомогою кутових залежностей параметрів електронів, що вилітають. Також вдалося повністю реконструювати хвильові функції пов'язаних і незв'язаних електронів. Такий експеримент поки можливий лише на єдиному в світі джерелі випромінювання і тому унікальний.
За матеріалами прес-служби МДУ імені М. В. Ломоносова.