欲擒故纵？科学家实现电子的"双重态" 学术资讯

图片1.png

▲由原子势和强激光场混合形成的克雷默氏亨尼伯格势的示意图。

原子是由绕着中心核运动的电子组成的。利用激光的强大电场，可以让电子克服其原子核的束缚力，从原子核剥离。半个世纪以前，理论家沃尔特·亨内伯格(Walter Henneberger)想知道是否有可能用激光场从原子中释放出一个电子，但仍然使它停留在原子核周围。许多科学家认为这个假设是不可能的。然而，日前，瑞士日内瓦大学和德国柏林的Max Born Institute的物理学家们成功地证实了这一点。他们设法控制了激光脉冲的形状，使一个电子既自由又束缚于其原子核，同时能够调节这个原子的电子结构。更重要的是，他们还使这些不同寻常的状态放大了激光能量。他们还确定了一个禁区。在这个被称为“死亡谷”的区域，物理学家失去了电子的全部能量。这些结果打破了有关物质电离的通常概念。研究结果发表在《自然-物理》杂志上。

当电子被困在激光中时，电子将被迫在其原子核前来回运动，从而暴露在激光和原子核的电场中。这种双重状态将使控制电子在原子核和激光器的电场中的运动成为可能，并让物理学家们用“新的”可调谐的电子结构来制造原子。

理论上，激光越强，就越容易使原子电离——换句话说，就是把电子从其原子核吸引的电场中剥离出来，并将它们释放。“因此，我们想知道，当电子从原子中释放出来后，是否仍然有可能把它们困在激光中，迫使它们留在原子核附近。正如Walter Henneberger的假说所指出的那样，在控制电子之前需要先剥离它。”日内瓦大学的Jean-Pierre Wolf教授说道。

物理学家们测试了不同的激光强度，使从原子中释放的电子会有稳定的振荡。

研究人员在实验中发现，和预期相反的是，虽然激光越强烈，释放电子就越容易，但是强度是有上限的。在这个阈值之外，才能再次控制电子。根据罗切斯特大学教授?Joe Eberly?的建议，研究人员将这一限制称为“死亡谷”。

通过将电子置于既不自由也不受束缚的双重状态，研究人员找到了一种方法来控制这些电子。这使它们能够直接作用于原子的电子结构。

“通过施加100兆瓦特/ cm2的强度，我们就能超越死亡谷阈值，在激光器的电场中，在其母原子附近的一个区域内捕获电子。” Jean-Pierre Wolf教授说道。

“这让我们可以选择用新的电子能级来制造由激光场产生的新原子。此外，我们发现在这样的状态下放置的电子可以放大光强度。这将在有关气体(如空气)的强激光传播的理论和预测中发挥基础性作用。” Jean-Pierre Wolf补充道。

科界原创

编译：Coke 审稿：alone 编辑：张梦

来源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180416121555.htm