|
|
 |
Απόδραση από το άτομο
|
|
|
|
|
|
|
Προκειμένου να αποδράσει από ένα άτομο, ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο πρέπει τυπικά να απορροφήσει ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας· για παράδειγμα, από την περιοχή του υπεριώδους ή των ακτίνων Χ. Σε αυτή την περίπτωση, το ηλεκτρόνιο διεγείρεται και υπερνικά την ηλεκτροστατική έλξη που το συγκρατεί κοντά στον θετικά φορτισμένο πυρήνα, οπότε «δραπετεύει» ―διαδικασία η οποία ονομάζεται ιονισμός. Μια ομάδα γερμανών και ολλανδών επιστημόνων παρείχε για πρώτη φορά άμεση απόδειξη ενός εναλλακτικού μηχανισμού πραγματοποίησης της εν λόγω διαδικασίας. Ισχυρά ηλεκτρικά πεδία από έναν παλμό λέιζερ υψηλής έντασης μπορούν στιγμιαία να εξασθενίσουν τους ηλεκτροστατικούς δεσμούς και να επιτρέψουν στο ηλεκτρόνιο να διαφύγει από το άτομο μέσω του κβαντικού φαινομένου σήραγγας.
Ο Leonid Keldysh, τώρα στο Ινστιτούτο Φυσικής Lebedev της Μόσχας, προέβλεψε το φαινόμενο το 1964, μέσω δε πειραμάτων έχει ήδη αποδειχθεί ότι όντως μπορεί να λάβει χώρα ένας τέτοιος ασυνήθιστος ιονισμός. Εντούτοις, μόνο με παλμούς λέιζερ διάρκειας λίγων εκατοντάδων αττοδευτερολέπτων κατέστη δυνατή η παρατήρηση του φαινομένου από τους φυσικούς (το αττοδευτερόλεπτο ισούται με το ένα δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου). Οι παλμοί λέιζερ διάρκειας αττοδευτερολέπτων έχουν ήδη κάνει εφικτή την ανίχνευση της κίνησης των ηλεκτρονίων στα άτομα και στα μόρια, και οι ερευνητές ευελπιστούν ότι βελτιωμένες εκδοχές θα τους επιτρέψουν να παρακολουθήσουν τις κινήσεις των ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων.
Ο Ferenc Krausz και η ομάδα του στο Ινστιτούτο Max Planck για την Κβαντική Οπτική στο Γκέρχινγκ της Γερμανίας περιγράφουν το πείραμα ιονισμού στο τεύχος τής 5ης Απριλίου τού Nature. Στοχεύοντας ένα αέριο ατόμων νέου, η ομάδα αρχικά χρησιμοποίησε έναν παλμό λέιζερ υπεριώδους φωτός, διάρκειας 250 αττοδευτερολέπτων, με σκοπό να απομακρύνει ελαφρώς ένα ηλεκτρόνιο από τον πυρήνα. Σχεδόν ταυτόχρονα πυροδότησαν έναν παλμό λέιζερ υπέρυθρου φωτός, διάρκειας 5.000 αττοδευτερολέπτων. Το πεδίο προκάλεσε την εξασθένηση της ηλεκτροστατικής δύναμης και επέτρεψε στο «υπό χαλαρή επιτήρηση» ηλεκτρόνιο να αποδράσει, με τον ίδιο τρόπο που τα κβαντικά σωματίδια «δραπετεύουν» όταν αντιμετωπίζουν ένα λεπτό φράγμα δυναμικού. Αυξάνοντας κατά μικρά βήματα το χρονικό διάστημα μεταξύ των παλμών υπεριώδους και υπερύθρου, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι παραλλήλως αυξανόταν και ο αριθμός των σχηματιζόμενων ιόντων νέου, στοιχείο το οποίο δείχνει με σαφήνεια ότι όταν το ηλεκτρικό πεδίο του παλμού λέιζερ υπερύθρου έφτανε σε μέγιστο, τότε αυξανόταν και ο ρυθμός των παραγόμενων ιόντων.
Η θεωρία τού Keldysh περί ιονισμού λόγω ισχυρού πεδίου έγινε τμήμα πολλών άλλων θεωριών, και έτσι το παραπάνω αποτέλεσμα δεν συνιστά «πραγματικά μεγάλη έκπληξη», όπως παραδέχεται ο Krausz. Εντούτοις, αποτελεί γεγονός ζωτικής σημασίας το ότι «η ομάδα έδειξε έναν νέο τρόπο μέτρησης της δυναμικής των ηλεκτρονίων», σχολιάζει ο φυσικός Paul Corkum, του Εθνικού Συμβουλίου Έρευνας του Καναδά στην Οτάβα. Και με την εν λόγω τεχνική θα μπορούσαν να διερευνηθούν οι ελάχιστα έως σήμερα κατανοητές διαδικασίες, κατά τις οποίες τα ηλεκτρόνια εντός των ατόμων ανταλλάσσουν μεταξύ τους ενέργεια.
Για παράδειγμα, ο Krausz αναφέρει την επόμενη διαδικασία: Όταν ένα φωτόνιο ακτίνων Χ προσπέσει σε ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται πλησίον του πυρήνα, θα το απομακρύνει· αυτό, κατά την απομάκρυνσή του, μπορεί να δώσει μέρος της ενέργειάς του σε ένα άλλο ηλεκτρόνιο, το οποίο έτσι καταφέρνει να διεγερθεί και να απομακρυνθεί πολύ περισσότερο από τον πυρήνα του ατόμου. Τότε όμως πρέπει να υπάρχει μια μικρή χρονική καθυστέρηση μεταξύ της απορρόφησης του φωτονίου ακτίνων Χ από το εσωτερικό ηλεκτρόνιο και της αλλαγής θέσης του δεύτερου ηλεκτρονίου. Η καθυστέρηση, όπως σχολιάζει ο Krausz, «μπορεί να είναι τόσο μικρή όσο περίπου 50 αττοδευτερόλεπτα· κανείς δεν ξέρει πραγματικά.» Το μέγεθος της καθυστέρησης δεν προκαλεί εντύπωση ―το ερώτημα είναι μάλλον αν όντως υπάρχει καθυστέρηση. Η καθυστέρηση θα σήμαινε ότι το δεύτερο ηλεκτρόνιο έλαβε ενέργεια από το πρώτο και δεν διεγέρθηκε συμπτωματικά και ταυτόχρονα από το φωτόνιο ακτίνων Χ.
Ο Krausz ισχυρίζεται ότι έχει επιτύχει παλμούς υπεριώδους φωτός, διάρκειας 100 αττοδευτερολέπτων· επομένως πιθανόν σύντομα θα καταφέρει να λύσει τον παραπάνω γρίφο. Καθώς βελτιώνονται τα λέιζερ, είναι σίγουρο ότι θα προκύψουν απαντήσεις και σε άλλα ερωτήματα κατά τα επόμενα χρόνια, αν όχι κατά τα επόμενα αττοδευτερόλεπτα.
|
|
|
|
|
|
