Tejasri Gururaj tərəfindən , Phys.org

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriBSV yaratmaq və güclü sahə enerji spektrlərini ölçmək üçün istifadə edilən quraşdırmanın təsviri. Kredit: J. Heimerl et al/Nature Physics. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03087-1.

Nature Physics- də nəşr olunan yeni bir araşdırmada tədqiqatçılar kvant işığının, xüsusilə də parlaq sıxılmış vakuumun (BSV) metal iynə uclarında güclü sahə fotoemissiyasına səbəb ola biləcəyini nümayiş etdirdilər.

Attosecond elm – elektron davranışının 10⁻¹⁸ saniyəlik zaman şkalalarında öyrənilməsi – ənənəvi olaraq işığın “koherent vəziyyətlərinə” uyğun gələn intensiv lazer impulslarına əsaslanırdı. Onlar elektronları yüksək enerjilərə itələyən proqnozlaşdırıla bilən, salınan elektrik sahələri ilə klassik elektromaqnit dalğaları kimi fəaliyyət göstərirlər.

Elektronlar bu intensiv işıqlandırma altında səthlərdən səpələndikdə, onlar xarakterik işarələr əmələ gətirirlər: onların enerji spektrində yayla, sonra kəskin kəsilmə. Bu xüsusiyyətlər bir saniyəlik dəqiqliklə maddənin araşdırılması üçün mərkəzi hala gəldi.

Yeni tədqiqat klassik lazer impulslarından əsaslı şəkildə fərqli xüsusiyyətlərə malik həqiqi kvant işığının hələ də eyni güclü sahə dinamikasını idarə edə biləcəyini araşdırır.

Fridrix-Alexander Universitetinin Erlangen-Nürnberq (FAU) həmmüəllifi Dr. Jonas Heimerl Phys.org-a bildirib ki, “Bizim motivasiyamız güclü sahə fizikası ilə kvant optikası arasında uzun müddətdir davam edən ayrılıqdan qaynaqlanır”.

“Bu iki sahə ənənəvi olaraq çox fərqli işıq rejimləri ilə məşğul olur – biri son dərəcə sıx, klassik işıq sahələri ilə, digəri isə işığın kvant xüsusiyyətləri ilə, adətən yalnız bir neçə fotonu əhatə edir. Bizi bu bölünmənin aradan qaldırılması ideyası heyran etdi.”

Əks-intuitiv kvant fenomeni

Ənənəvi koherent lazerdən fərqli olaraq, BSV qeyri-adi xüsusiyyətlərə malik işığın kvant vəziyyətini təmsil edir.

Klassik lazer impulslarında salınan elektrik sahəsi yaxşı müəyyən edilmiş amplituda ilə proqnozlaşdırıla bilən sinusoidal əyri izləyir. BSV, əksinə, bütünlüklə heç bir ardıcıl dalğa komponenti olmayan, daşıyıcı tezliyindən iki dəfə salınan intensiv kvant dalğalanmalarından ibarətdir.

FAU-dan həmmüəllif Jonathan Pölloth izah etdi: “Klassik olaraq, güclü sahə effektləri elektronları sürətləndirən güclü, salınan elektrik sahəsi tələb edir”.

“Lakin BSV-də orta sahə sıfırdır – yəni orta hesabla elektronlara təsir edən heç bir qüvvə olmamalıdır. Əks tərəf odur ki, orta sahə olmadan təkbaşına gücləndirilmiş kvant dalğalanmaları elektronları yüksək enerjilərə sürmək üçün kifayətdir.”

Sıfır orta sahəyə malik olmasına baxmayaraq, BSV hələ də son dərəcə intensiv ola bilər, çünki onun intensivliyi elektrik sahəsinin kvadratından asılıdır.

Andrey Rasputnyi və Mariya Çexova ilə əməkdaşlıqda komanda 25 femtosaniyəlik müddəti ilə 1600 nm dalğa uzunluğunda mərkəzləşdirilmiş impulslar yaradaraq, toxumsuz optik parametrik gücləndiricidən istifadə edərək BSV yaratdı. Bu impulslar atışdan atışa qədər, demək olar ki, sıfırdan hər nəbz üçün təxminən 10 ¹² fotona qədər çox böyük foton sayı dalğalanmaları nümayiş etdirdi.

Komanda kvant işığının klassik sahə komponenti olmadan güclü sahə fizikasını idarə edə biləcəyini yoxlamaq üçün xüsusi olaraq BSV seçdi.

Eksperimental quraşdırma və metodologiya

Bu tapmacanı araşdırmaq üçün komanda BSV impulslarını ultra yüksək vakuum kamerasında saxlanılan cəmi bir neçə onlarla nanometr radiuslu volfram iynə ucuna yönəltdi. Volfram uyğun iş funksiyası və sabitliyinə görə belə təcrübələr üçün geniş istifadə olunur.

Eksperimental quraşdırma iki kritik şərt tələb edir. Birincisi, ucun nanoölçülü kəskinliyi onun zirvəsində optik sahəni cəmləşdirir və gücləndirir, güclü sahə fotoemissiyası üçün lazım olan intensiv şərait yaradır. İkincisi, təmiz, təkrarlana bilən ölçmələr ucun səthinin çirklənməsinin qarşısını almaq üçün ultra yüksək vakuum şəraiti tələb edir.

Kvant işığı ucuna dəydikdə, elektronlar qeyri-xətti fotoemissiya vasitəsilə buraxıldı – bu, bir çox fotonun metal səthindən bir elektronu azad etmək üçün birlikdə işləməli olduğu bir prosesdir.

Tədqiqatçılar təkcə elektronların ümumi sayını deyil, həm də hər bir elektronun enerjisini ölçə bilən xüsusi hazırlanmış elektron spektrometrdən istifadə ediblər. Əsas odur ki, hər bir işıq impulsu üçün foton sayı ölçmələri bir fotodioddan istifadə edərək sinxronlaşdırıldı.

Bu atışla həll edilən aşkarlama analiz üçün lazım idi. Təxminən 600,000 BSV impulslarının hər biri üçün komanda həm foton sayını, həm də buraxılan elektronların enerjilərini qeyd etdi, bu da onlara iki ölçməni nəbz-puls əsasında əlaqələndirməyə imkan verdi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Gizli nümunələrin ortaya çıxması

Tədqiqatçılar ilk dəfə bir çox impulslar üzərində orta hesabla öz məlumatlarını təhlil etdikdə, müqayisə edilə bilən orta intensivliyə malik klassik işıq üçün gözlənilən enerjiləri çox üstələyən 60 elektronvoltdan çox geniş elektron enerji spektrlərini müşahidə etdilər. Bununla belə, bu orta ölçülü spektrlər aydın bir yayla və ya kəsik göstərmədi, elektronlar intensiv işıq altında səthlərdən səpələndikdə gözlənilən əlamətdar xüsusiyyətlər.

Sıçrayış onlar öz məlumatlarını seçdikdən sonra, hər bir fərdi impulsda aşkar edilən fotonların sayına əsasən elektron spektrləri çeşidlədikdə baş verdi.

“Əvvəlcə biz bir çox BSV impulsları üzərində orta hesabla götürdükdə, güclü sahə fizikasının xarakterik plato xüsusiyyəti yox oldu, çünki sıxılmış vakuum işığında nəbzdən nəbzə qədər güclü foton sayı dəyişkənliyi var və bu, əsas strukturun “ortalanmasına” və ləkələnməsinə gətirib çıxarır”, – Ph.AU-nun həmmüəllifi Dr. Peter Homfessorics, Pro.

“Bunun qarşısını almaq üçün hər bir fərdi nəbzin foton sayına görə spektrləri seçə biləcəyimizi başa düşdük. Bu yolla biz gizli yayla və kəsilmə xüsusiyyətlərini bərpa etdik.”

Daha yüksək foton nömrələri olan impulslar üçün elektron enerji spektrləri yaxşı müəyyən edilmiş enerjilərdə kəskin kəsiklərlə bitən aydın yaylaları göstərdi. Bu xüsusiyyətlər klassik koherent işıqla görünənlərə uyğun gəlirdi və foton sayı ilə mütənasib olaraq artmışdır – tam olaraq güclü sahənin səpilməsini tənzimləyən “10-U _{p qanunundan” gözlənildiyi kimi.}

Kəsmə enerjilərindən komanda iynə ucunda 3,4±0,6 optik sahənin genişləndirilməsi əmsalı çıxarıb və bu, koherent işıqdan istifadə etməklə əldə edilən dəyərlərə uyğundur.

Nəticələr göstərir ki, BSV tərəfindən idarə olunan elektronlar, hər biri fərqli intensivliyə malik koherent işıq impulsları ansamblı tərəfindən idarə olunan kimi davranırlar.

“Sıxılmış vakuumun klassik sahəsi olmasa da, onun kvant vəziyyətini bir çox əlaqəli sahə komponentlərinin superpozisiyası kimi başa düşmək olar – hər biri klassik bir nəbz kimi elektronları hərəkətə gətirə bilir” deyə doktor Heimerl izah etdi. “Elektronlar bu koherent vəziyyətlər ansamblını effektiv şəkildə nümunə götürür.”

Komanda BSV-ni kvant vəziyyətinin ehtimal paylanmasına uyğun olaraq müxtəlif klassik sahə intensivliklərinin çəkili məbləği kimi modelləşdirərkən, kompüter simulyasiyaları bu şərhi dəstəklədi.

Nəzəriyyədən kənar

İş güclü idarə olunan elektronlardan kvant işıq sensorları kimi istifadə etmək üçün yeni imkanlar açır.

“Güclü idarə olunan elektronlar işığın ani elektrik sahəsinə son dərəcə həssasdır” dedi Pölloth. “Adi foton sayma üsullarından fərqli olaraq, bu üsul kvant işığının ultrasürətli zaman şkalalarında maddəyə necə təsir göstərə biləcəyini birbaşa ölçür və attosaniyədə ayırdetmə ilə kvant sahələrinin məkan və zaman xüsusiyyətlərini potensial olaraq aşkar edə bilər.”

İş işığın kvant xüsusiyyətlərinin həddindən artıq işıq-maddə qarşılıqlı təsirinə necə təsir etdiyini anlamağa çalışan yeni yaranan sahə olan güclü sahəli kvant optikasını inkişaf etdirir.

“Gələcək tədqiqatlar müxtəlif növ kvant işığının yüksək harmonik generasiya və həddən yuxarı ionlaşma kimi güclü sahə proseslərinə necə təsir etdiyini araşdıra bilər” dedi Hommelhoff.

Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, BSV-yə ikinci klassik işıq sahəsinin əlavə edilməsi iki sahə arasındakı nisbi fazadan asılı olaraq spesifik kvant xüsusiyyətlərini vurğulayaraq tam kvant dövlət tomoqrafiyasını təmin edə bilər.

Müəllifimiz Tejasri Qururaj tərəfindən sizin üçün yazılmış, Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Eqan tərəfindən yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu hesabat sizin üçün əhəmiyyət kəsb edirsə, lütfən, ianə (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Siz təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Heimerl et al, Kvant işığı elektronları metal iynə uclarında güclü şəkildə idarə edir, Təbiət Fizikası (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03087-1 .

Jurnal məlumatı: Təbiət Fizikası 

© 2025 Science X Network