Jak se elektrony pohybují

Vědci vyvíjejí novou metodu měření

Výroba zábleskových světel pro pozorování pohybu elektronů © Thorsten Naeser / MPQ
číst nahlas

Abychom pochopili atom nebo molekulu, fyzici nejen potřebují znát svou vnitřní strukturu, ale také musí být schopni popsat pohyb elektronů. Vzhledem k extrémně vysoké rychlosti to nebylo dosud možné. Evropský výzkumný tým nyní pro tento účel vyvinul metodu měření. Vědci je poprvé podrobně prezentují v časopise „Physical Review Letters“.

Na úrovni atomů a molekul naše každodenní koncepce světa již nefunguje. Elektron je obvykle myšlenka jako malá částice. „To je také, “ říká profesor Marc Vrakking z institutu Max-Born pro nelineární optiku a krátkou pulzní spektroskopii (MBI) v Berlíně. "Abychom tomu porozuměli, někdy se na to musíme podívat z kvantového mechanického hlediska a představit si to jako vlnový paket."

Fyzici pak mohou použít tuto abstraktní myšlenku k vysvětlení jevů, které se později shodují s našimi každodenními myšlenkami.

Pohyb elektronů není přímo pozorovatelný

Protože člověk nemůže přímo pozorovat pohyb elektronu, protože je příliš rychlý, evropský výzkumný tým změřil vlastnosti elektronu jako vlnového paketu. Jakmile znali všechny vlastnosti tohoto vlnového paketu, dokázali z něj odvodit úplný pohyb elektronu.

Pro experiment vědci použili princip superpozice vln, tzv. Interference. Postupovali stejným způsobem jako v experimentech se světelnými paprsky, při nichž běžné světlo prochází dvěma štěrbinami a na obrazovce za ním jsou vidět světlé a tmavé pruhy. Paprsky světla se chovají jako vlny - když se setkají dvě vlny, zvedne se jasný pruh, vlnový hřeben a koryto vlny a objeví se jako tmavý pruh. zobrazit

Laserový puls uvolňuje elektron z atomu

Aby charakterizovali vlnový paket, jak fyzici považují za elektron, nejprve vygenerovali druhý vlnový paket, analogický druhému slotu pro světelný paprsek: Při laserovém pulsu v jednosekundové poloze spustili elektron z vyšetřovaného atomu. Pulz v laserovém paprsku za sekundu trvá jednu miliardtinu miliardtiny sekundy.

Protože vědci řídí tento laserový puls, nyní znají vlastnosti uvolněného elektronu - a tedy vlnového paketu, jak si představují. Nyní položte tento generovaný vlnový paket s neznámým vlnovým paketem, můžete jej zavřít od interferenčního vzoru pro neznámé vlastnosti.

Tuto metodu vysvětluje Matthias Kling z Atosekční fyzikální laboratoře na Institutu kvantové optiky Maxe Plancka: Pro smysluplný interferenční vzorec jsme nejprve museli otevřít neznámý vlnový paket. zvýšit stejnou úroveň energie jako dobře známý vlnový paket dříve generovaný námi, který má mnohem více energie skrze laserový puls v attosekundě než neznámý vlnový paket v původním stavu. K tomuto rušení jsme použili infračervený laserový puls

Překrytí ekvivalentních vlnových paketů

V případě velmi velkých rozdílů v energii neexistuje skutečný vzorec rušení to by bylo, jako by světelné paprsky mohly být stále detekovány, kterou štěrbinou světlo dopadlo. Překrýváním dvou ekvivalentních vlnových paketů byli vědci schopni vypočítat známý vzorec a získat tak neznámý vzor.

Abychom charakterizovali vlnový paket, musí fyzikové znát jeho různé stavy a vědět, jak velké jsou podíly těchto stavů ve vlnovém paketu. "Říkáme tomu obyvatelstvo států, " říká Vrakking. Kromě toho musí být známy fáze vln, tj. Časový posun proti sobě. Když znají tyto faktory, vědci se vracejí k naší normální fantazii a popisují úplný pohyb elektronů, který pak lze znovu považovat za částice.

(idw - Forschungsverbund Berlin, 12.08.2010 - DLO)