Так же, как два пути через пластину, ионизация гелия может происходить посредством двух разных процессов одновременно, и это приводит к характерным интерференционным эффектам. В случае атома гелия они называются «резонансами Фано». Группе ученых из Венского технического университета (Вена, Австрия), Института ядерной физики Макса-Планка в Гейдельберге (Германия) и Канзасского государственного университета (США) теперь удалось наблюдать нарастание этих резонансов Фано, хотя это эффект имеет место в фемтосекундах.
Эксперимент проводился в Гейдельберге, первоначальное предложение такого эксперимента и компьютерное моделирование были разработаны командой из Вены, дополнительные теоретические расчеты были выполнены из Университета штата Канзас.Прямой и косвенный путьКогда лазерный импульс передает достаточно энергии одному из электронов в атоме гелия, электрон сразу же вырывается из атома.Однако существует другой способ ионизации атома гелия, который немного сложнее, как объясняет профессор Иоахим Бургдорфер (TU Wien): «Если сначала лазер переводит оба электрона в состояние с более высокой энергией, один из электроны могут вернуться в состояние с более низкой энергией.
Часть энергии этого электрона передается второму электрону, который затем может покинуть атом гелия ».Результат этих двух процессов точно такой же — оба превращают нейтральный атом гелия в ион с одним оставшимся электроном.
С этой точки зрения они принципиально неотличимы.Фано-резонансы«Согласно законам квантовой физики, каждый атом может подвергаться обоим процессам одновременно», — говорит Ренате Пазурек (TU Wien). «И это сочетание путей оставляет нам характерные следы, которые можно обнаружить».
Анализируя свет, поглощаемый атомами гелия, обнаруживаются так называемые резонансы Фано — безошибочный признак того, что конечное состояние было достигнуто двумя разными путями.Это тоже можно предотвратить.
Во время процесса ионизации косвенный путь можно эффективно отключить с помощью второго лазерного луча, так что только другой путь останется открытым и резонанс Фано исчезнет.Это открывает новую возможность изучения временной эволюции этого процесса. Сначала атому позволяют идти обоими путями одновременно. Через некоторое время косвенный путь блокируется.
В зависимости от того, как долго системе разрешался доступ к обоим путям, резонанс Фано становится более или менее отчетливым.«Резонансы Фано наблюдались в самых разных физических системах, они играют важную роль в атомной физике», — говорит Стефан Донса (TU Wien). «Впервые стало возможным контролировать эти резонансы и точно показать, как они накапливаются в течение фемтосекунд». «Эти квантовые эффекты настолько быстры, что в наших обычных временных масштабах кажется, что они происходят мгновенно, от одного момента к другому», — говорит Стефан Нагеле. «Только с помощью новых сложных методов аттосекундной физики стало возможным изучать эволюцию этих процессов во времени».
Это не только помогает квантовым ученым понять фундаментальную теорию важных квантовых эффектов, но также открывает новые возможности управления такими процессами — например, облегчение или подавление химических реакций.