Tədqiqatçılar ilk dəfə olaraq yüksək enerjili işıq impulslarını udmuş ​​atomlardan atılan elektronların kvant vəziyyətini ölçə biliblər. Bu, İsveçdəki Lund Universitetinin tədqiqatçıları tərəfindən hazırlanmış yeni ölçmə texnikası sayəsindədir. Nəticələr işıq və maddə arasındakı qarşılıqlı əlaqənin daha yaxşı başa düşülməsini təmin edə bilər.

Həddindən artıq ultrabənövşəyi və ya rentgen diapazonunda çox qısa tezlikli yüksək enerjili işıq atomlar və ya molekullarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda, bu, elektronun atomdan “ayrılmasına” və fotoelektrik effekt adlanan prosesdə atılmasına səbəb ola bilər . Buraxılan elektronu və onun kinetik enerjisini ölçməklə şüalanan atom haqqında çoxlu məlumatlar əldə etmək olar. Bu, fotoelektron spektroskopiyasının əsas prinsipidir.

Fotoelektron kimi tanınan emissiya olunan elektron çox vaxt klassik hissəcik kimi qəbul edilir. Əslində, fotoelektron kvant mexaniki olaraq təsvir edilməli olan kvant obyektidir, çünki o qədər kiçikdir ki, bu miqyasda dünya kvant mexanikası baxımından təsvir olunur. Bu o deməkdir ki, fotoelektronu təsvir etmək üçün kvant mexanikasında tətbiq olunan xüsusi qaydalardan istifadə edilməlidir, çünki o, sadəcə olaraq adi kiçik hissəcik deyil, həm də dalğa kimi davranır.

“Fotoelektronun kvant vəziyyətini ölçməklə, texnikamız “elektron necə kvantdır” sualını dəqiq həll edə bilər. Bu, tibbdə beyni təsvir etmək üçün istifadə edilən CT taramalarında istifadə edilən eyni fikirdir: Biz bu obyektin bir çox fərqli bucaqlardan bir neçə 2D şəklini çəkərək mürəkkəb 3D obyekti yenidən qururuq” dedi, atom fizikası üzrə baş müəllim və hazırda Nature Photonics -də dərc olunan tədqiqatın müəlliflərindən biri David Busto .

Bu, ölçüləcək 3D obyektin ekvivalenti olan fotoelektronun kvant vəziyyətini istehsal etməklə, atomları ultraqısa, yüksək enerjili işıq impulsları ilə ionlaşdırmaqla və sonra 2D şəkillərini çəkmək üçün müxtəlif rənglərə malik bir cüt lazer impulslarından istifadə etməklə və kvant vəziyyəti dilimini dilimlə yenidən qurmaqla həyata keçirilir.

Busto deyir: “Texnika ilk dəfə olaraq helium və arqon atomlarından yayılan elektronların kvant vəziyyətini ölçməyə imkan verir ki, bu da fotoelektronun kvant vəziyyətinin onun buraxıldığı materialın növündən asılı olduğunu nümayiş etdirir”.

Bu müsahibədə Busto tapıntıları müzakirə edir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739426045&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-qa-quantum-state-photoelectrons.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739426045770&bpp=1&bdt=89&idt=194&shv=r20250210&mjsv=m202502100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739425913%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739425913%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739425913%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=7593900772758&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2104&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31081540%2C31090260%2C31090265%2C31090268%2C31090270%2C31090302%2C95331833%2C95332585%2C95352069%2C31090339%2C95347432&oid=2&pvsid=2518598014661984&tmod=362696656&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=199

Bu nəticələr niyə bu qədər maraqlıdır?

Fotoelektrik effekt bir əsr əvvəl Eynşteyn tərəfindən kvant mexanikasının inkişafının əsasını qoyaraq izah edildi. Bu eyni fenomen daha sonra Kai Siegbahn tərəfindən atomların, molekulların və bərk cisimlərin içərisində elektronların necə düzüldüyünü öyrənmək üçün istifadə edildi.

Paradoksal olaraq, bu texnika yalnız fotoelektronun sürəti kimi klassik xüsusiyyətlərinin ölçülməsinə əsaslanır. İndi, Kai Siegbahnın 1981-ci ildə fotoelektron spektroskopiyası üzrə Nobel mükafatına layiq görülməsindən 40 ildən çox vaxt keçdikdən sonra, nəhayət, emissiya edilmiş fotoelektronların kvant xassələrini tam xarakterizə etməyə imkan verən, fotoelektron spektroskopiyasının potensialını genişləndirən bir üsul var. Xüsusilə, yeni ölçmə texnikası, əks halda mövcud olmayan kvant məlumatlarına çıxış təmin edir.

Bu nəticələr necə faydalı ola bilər?

Biz texnikamızı nisbətən yaxşı tanınan sadə atomlara, helium və arqona tətbiq etdik. Gələcəkdə o, molekulyar qazları, mayeləri və bərk cisimləri öyrənmək üçün istifadə oluna bilər ki, burada fotoelektronların kvant xassələri elektronun qəfil itirilməsindən sonra ionlaşmış hədəfin necə reaksiya verməsi haqqında çoxlu məlumat verə bilər. Bu prosesi fundamental səviyyədə başa düşmək müxtəlif tədqiqat sahələrinə uzunmüddətli təsir göstərə bilər. Nümunələrə atmosfer fotokimyası və ya işıq yığan sistemlərin öyrənilməsi daxildir, bunlar günəş hüceyrələri və ya bitkilərdə fotosintez kimi işıq enerjisini toplayan və istifadə edən sistemlərdir.

Bu işin digər maraqlı cəhəti odur ki, o, elmin iki fərqli sahəsini birləşdirir: bir tərəfdən attosaniyə elm və spektroskopiya (Nobel mükafatı laureatı Anne L’Huillierin apardığı tədqiqat növü), digər tərəfdən isə kvant informasiyası və kvant texnologiyası.

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, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Bu araşdırma ictimaiyyət üçün nə dərəcədə əhəmiyyətli ola bilər?

Bu iş, müxtəlif tətbiqlər üçün kvant xassələrinin tam potensialından istifadə etmək üçün fərdi kvant obyektlərini (bu halda fotoelektronları) manipulyasiya etmək məqsədi daşıyan davam edən ikinci kvant inqilabı ilə bağlıdır. Bizim kvant dövlət tomoqrafiya texnikamız yeni kvant kompüterlərinin qurulmasına səbəb olmayacaq, lakin fotoelektronların kvant vəziyyəti haqqında biliklərə çıxışı təmin etməklə, fiziklərə gələcək tətbiqlər üçün onların kvant xassələrindən tam istifadə etməyə imkan verəcək.

Kəşf nə üçün istifadə edilə bilər?

Fotoelektronun sürətini və emissiya istiqamətini ölçməklə materialın quruluşu haqqında çox şey öyrənə bilərik. Bu, məsələn, yeni materialların xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün vacibdir. Bizim texnikamız fotoelektronun tam kvant vəziyyətini ölçməklə əvvəlki üsullardan kənara çıxmağa imkan verir. Bu o deməkdir ki, biz hədəf haqqında ənənəvi fotoelektron spektroskopiya ilə mümkün olduğundan daha çox məlumat toplaya bilərik. Ümid edirik ki, texnikamız elektron atıldıqdan sonra materialda baş verən prosesləri açmağa kömək edə bilər.

Nəticələrdə sizi təəccübləndirən nəsə oldumu?

Ən təəccüblü cəhət odur ki, texnikamız çox yaxşı işləyirdi. Fiziklər artıq fərqli bir üsulla fotoelektronların kvant vəziyyətini ölçməyə çalışmışdılar və bu təcrübələr bunun çox çətin olduğunu göstərdi. Uzun müddət ərzində hər şey çox sabit olmalıdır, lakin biz nəhayət bu çox sabit şərtlərə nail ola bildik.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=3096487112&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739426145&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-qa-quantum-state-photoelectrons.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739426045771&bpp=1&bdt=89&idt=260&shv=r20250210&mjsv=m202502100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739425913%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739425913%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739425913%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C1005x124&nras=2&correlator=7593900772758&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=4646&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=869&eid=31081540%2C31090260%2C31090265%2C31090268%2C31090270%2C31090302%2C95331833%2C95332585%2C95352069%2C31090339%2C95347432&oid=2&psts=AOrYGskjEdtT4rtmEjyKtGCyRu9LvLA153TotugoKV_tMG7wXdu3ieqNXsW4Yay475WVfYT0Yq4f2IKTHDdFtHq2dF1-PX9up0RgkjUpXqNHJHmuS9uCag%2CAOrYGskUY-s0RKYq-mv5cjKoQJBkg6ZSLFLcXNjQx9_8MA9N-8wpQftywrXST7S83-7DCiU8qvM3oRZoLPJmC4SVD-QXwhEu&pvsid=2518598014661984&tmod=362696656&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=99758

Klassik fizikaya uyğun olaraq deyil, kvant mexaniki olaraq şeyləri təsvir etməyi/öyrənməyi nə vaxt seçirsiniz?

Mikroskopik miqyasda elektronlar, atomlar və molekullar kvant mexaniki olaraq təsvir edilir, makroskopik miqyasda isə gündəlik həyatda qarşılaşdığımız obyektlər klassik fizikanın qanunlarına uyğundur. Atomlar və digər mikrosistemlər gündəlik əşyalar kimi davranmırlar.

Qəsdən mübaliğə ilə demək olar ki, onlar adi mənada, dəqiq müəyyən edilmiş nöqtə ilə və dəqiq müəyyən edilmiş sürətlə mövcud deyillər. Məlum olan yeganə şey laboratoriyaların alətlərinin çıxışıdır. Bütün makroskopik obyektlər kvant mexanikasının qanunlarına tabe olan atom və molekullardan ibarət olduğundan , biz niyə makroskopik miqyasda kvant effektlərini görmədiyimizi soruşa bilərik.

Qısaca desək, səbəb odur ki, bir çox kvant obyektlərini bir-birinə yaxın qoyduqda, onlar bir-birlərinə nəzarətsiz şəkildə təsir göstərməyə başlayır, fərdi kvant xüsusiyyətlərini effektiv şəkildə ləğv edirlər. Bu proses decoherence adlanır və kvant kompüterləri kimi kvant texnologiyalarını inkişaf etdirmək üçün aradan qaldırılmalı olan əsas problemlərdən biridir.

Fotoelektrik effekt zamanı buraxılan elektronlar şüalanmış material haqqında çoxlu məlumat ehtiva edir. Fotoelektronun kvant vəziyyətini ölçməklə, texnikamız “elektron necə kvantdır” sualını dəqiq həll edə bilər. Gələcəkdə ümid edirik ki, texnikamız elektronların kvant xassələrinin zamanla kvantdan klassikə necə təkamül etdiyini izləməyə imkan verəcək.

Yeni eksperimental ölçmə texnikası KRAKEN adlanır.

Daha çox məlumat: Hugo Laurell et al, Measuring the quantum state of photoelectrons, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-024-01607-8

Jurnal məlumatı: Nature Photonics 

Lund Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir