การวิจัยใหม่

พบกับ Zeptosecond เสี้ยวเวลาที่เล็กที่สุดที่เคยมีการบันทึกนักวิจัยใช้เลเซอร์สองประเภทในการวัดการดีดตัวของอิเล็กตรอนฮีเลียมด้วยความแม่นยำที่ไม่เคยมีมาก่อนเจสัน เดลีย์อิเล็กตรอนหนีอะตอมฮีเลียม M. Ossiander (TUM) / M. Schultz (MPQ)อย่าแม้แต่จะลองจับเสี้ยววินาทีโดยใช้นาฬิกาจับเวลาที่ทำงานตลอดเวลา ช่วงเวลาอันน้อยนิดนี้เป็นเพียงเศษเสี้ยววินาที—เล็กมาก เท่ากับเลขหนึ่งซึ่งอยู่หลังจุดทศนิยม 21 ตำแหน่ง หรือหนึ่งในล้านล้านของหนึ่งพันล้านวินาที รายงานของ Rebecca Boyle จาก  New Scientist และในที่สุดนักวิจัยจาก Max Plank Institute ในเยอรมนีก็ได้วัดการเปลี่ยนแปลงภายในอะตอมในระดับเซปโตวินาทีในที่สุด 

นักวิจัยทำสำเร็จในขณะที่กำลังศึกษาสิ่งที่เรียกว่า

  โฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟ็กต์  ในการดำเนินการ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้อธิบายถึงลักษณะเฉพาะของแสงนี้ในปี 1905ซึ่งต่อมาได้รับรางวัล  โนเบลสาขาฟิสิกส์  จากการอธิบายแนวคิดที่กำหนดขอบเขตนี้ โฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์แสดงให้เห็นว่าแสงสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งคลื่นและอนุภาค เมื่อโฟตอนหรืออนุภาคของแสงที่มีพลังงานบางอย่างกระทบกับอิเล็กตรอน มันสามารถปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกจากอะตอมได้ โฟตอนจะขับอิเล็กตรอนออก มาในกระบวนการที่เรียกว่าโฟโตอีมิชชัน ซึ่งเป็นพื้นฐานเบื้องหลัง  พลังงานแสงอาทิตย์

ตอนนี้นักวิจัยได้จับการปลดปล่อยอิเล็กตรอนจากอะตอมของฮีเลียมแล้ว 

โดยวัดระยะเวลาเพียงเล็กน้อยที่อิเล็กตรอนจะถูกขับออกมาหลังจากการชนของโฟตอน ในการวัดเหตุการณ์ นักฟิสิกส์ใช้อุปกรณ์ชิ้นหนึ่งที่เรียกว่าAttosecond Streak Cameraซึ่งประกอบด้วยเลเซอร์สองชุดที่มีแสงต่างกันในการระเบิดที่สั้นมาก  Stewart Wills เขียนที่ Optics and Photonics News นักวิจัยหันกล้องไปที่ไอพ่นฮีเลียม ซึ่งเป็นก๊าซที่ค่อนข้างเรียบง่าย ซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนเพียงสองตัวในแต่ละตัว

เลเซอร์ตัวแรกคือรังสีอัลตราไวโอเลตสูงมากซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อกระตุ้นฮีเลียมมากพอที่จะปล่อยอิเล็กตรอนตัวใดตัวหนึ่งออกไป โดยยิงเป็นพัลส์ 100 แอทโทวินาที (หนึ่งแอททูวินาทีใช้เวลาเพียง 10 -18 วินาที  ) เลเซอร์ตัวที่สองเป็นอินฟราเรดใกล้และถูกใช้เพื่อจับอิเล็กตรอนที่หลุดออกไปในขณะทำงาน โดยยิงเป็นเวลาสี่เฟมโตวินาทีต่อครั้ง (หนึ่งเฟมโตวินาทีใช้เวลาเพียง 10 -15  วินาทีเท่านั้น)

เมื่ออะตอมของฮีเลียมขับอิเล็กตรอนออกมา เลเซอร์อินฟราเรดจะตรวจพบการปลดปล่อย ทำให้นักวิจัยสามารถคำนวณระยะเวลาของเหตุการณ์ได้ถึง 850 เซปโตวินาที การทดลองแสดงให้เห็นว่าต้องใช้เวลาระหว่าง 7 ถึง 20 อะตอมของอะตอมฮีเลียมในการดีดอิเล็กตรอนออกมา บอยล์รายงาน ผลการศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร  Nature Physics ในสัปดาห์นี้

ผลการทดลองทำให้นักวิจัยเข้าใจถึงวิธีการทำงานของกระบวนการควอนตัม เขียน Boyle และวันหนึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการคำนวณควอนตัมและตัวนำยิ่งยวด

“มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัวเสมอ พวกเขาโต้ตอบเสมอ พวกเขาจะรู้สึกถึงกันและกันเสมอ แม้จะอยู่ห่างไกลกันมากก็ตาม” Martin Schultze หัวหน้าทีมบอกกับ Boyle “หลายสิ่งหลายอย่างมีรากฐานมาจากการปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนแต่ละตัว แต่เราจัดการกับมันในฐานะสิ่งส่วนรวม หากคุณต้องการพัฒนาความเข้าใจระดับจุลภาคของอะตอมจริงๆ ในระดับพื้นฐานที่สุด คุณต้องเข้าใจว่าอิเล็กตรอนจัดการกันเองอย่างไร”

Schultze บอก Wills ว่าทีมกำลังใช้ฮีเลียมซึ่งเป็นหนึ่งในอะตอมที่ง่ายที่สุดเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของวิธีการและสร้างการวัดว่าอิเล็กตรอนและโฟตอนมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร การทำงานตามไทม์ไลน์เล็กๆ เหล่านี้ด้วยอะตอมอย่างง่ายเป็นขั้นตอนแรกในการทำความเข้าใจอะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากขึ้น

รับเรื่องราวล่าสุดในกล่องจดหมายของคุณทุกวันธรรมดา

Jason Daley เป็นนักเขียนในแมดิสัน รัฐวิสคอนซิน เชี่ยวชาญด้านประวัติศาสตร์ธรรมชาติ วิทยาศาสตร์ การเดินทาง และสิ่งแวดล้อม ผลงานของเขาปรากฏในDiscover , Popular Science , Outside , Men’s Journalและนิตยสารอื่นๆ

Credit : จํานํารถ