p Uma tecnologia de laser desenvolvida recentemente permitiu aos físicos do Laboratório de Física do Attosegundo (administrado em conjunto pela LMU Munich e o Instituto Max Planck de Óptica Quântica) gerar rajadas de attossegundo de fótons de alta energia de intensidade sem precedentes. Isso tornou possível observar a interação de vários fótons em um único pulso com elétrons na camada orbital interna de um átomo. p A fim de observar o movimento ultrarrápido do elétron nas camadas internas dos átomos com pulsos de luz curtos, os pulsos não devem ser apenas ultracurtos, mas muito brilhante, e os fótons entregues devem ter energia suficientemente alta. Essa combinação de propriedades tem sido buscada em laboratórios de todo o mundo nos últimos 15 anos. Físicos do Laboratório de Física do Attosegundo (LAP), uma joint venture entre a Ludwig-Maximilians-Universität Munich (LMU) e o Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ), conseguiram agora reunir as condições necessárias para atingir este objetivo. Em seus últimos experimentos, eles foram capazes de observar a interação não linear de um pulso de attossegundo com elétrons em uma das camadas orbitais internas ao redor do núcleo atômico. Nesse contexto, o termo 'não linear' indica que a interação envolve mais de um fóton (neste caso particular, dois estão envolvidos). Essa descoberta foi possível graças ao desenvolvimento de uma nova fonte de pulsos de attossegundos. Um attossegundo dura exatamente um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo.

p A porta para observar o movimento ultrarrápido dos elétrons nas profundezas dos átomos foi aberta. Os físicos do Laboratório de Física de Attosegundos (LAP) do LMU Munique desenvolveram uma tecnologia que permite a geração de pulsos de attossegundos intensos. Esses pulsos podem ser usados ​​para seguir o movimento dos elétrons dentro das camadas internas dos átomos em tempo real, congelando esse movimento nas velocidades do obturador de attossegundos.

p O procedimento experimental usado para filmar elétrons em movimento faz uso da abordagem 'bomba-sonda'. Elétrons dentro de um átomo alvo são primeiro excitados por um fóton contido no pulso da bomba, que é então seguido após um pequeno retardo por um segundo fóton em um pulso de sonda. Este último revela essencialmente o efeito do fóton da bomba. Para implementar este procedimento, os fótons devem estar tão compactados que um único átomo dentro do alvo pode ser atingido por dois fótons em sucessão. Além disso, se esses fótons tiverem a chance de alcançar as camadas internas de elétrons, eles devem ter energias na extremidade superior do espectro ultravioleta extremo (XUV). Nenhum grupo de pesquisa conseguiu anteriormente gerar pulsos de attossegundos com a densidade de fótons necessária nesta região espectral.

p A tecnologia que agora tornou esse feito possível é baseada no aumento da escala de fontes convencionais de pulsos de attossegundo. Uma equipe liderada pelo Prof. Laszlo Veisz desenvolveu um novo laser de alta potência capaz de emitir rajadas de luz infravermelha - cada uma consistindo em apenas alguns ciclos de oscilação - que contém 100 vezes mais fótons por pulso do que em sistemas convencionais. Esses pulsos, por sua vez, permitem a geração de pulsos de attossegundos isolados de luz XUV contendo 100 vezes mais fótons do que em fontes de attossegundos convencionais.

p Em uma primeira série de experimentos, os pulsos de attossegundos de alta energia concentraram-se em um fluxo de gás xenônio. Os fótons que interagem com uma camada interna de um átomo de xenônio ejetam elétrons dessa camada e ionizam o átomo. Usando o que é conhecido como microscópio de íons para detectar esses íons, os cientistas foram capazes, pela primeira vez, observar a interação de dois fótons confinados em um pulso de attossegundo com elétrons nas camadas orbitais internas de um átomo. Em experimentos de attossegundos anteriores, só foi possível observar a interação dos elétrons da camada interna com um único fóton XUV.

p "Experimentos em que é possível ter elétrons de camada interna interagindo com dois pulsos de attossegundo XUV são frequentemente chamados de o Santo Graal da física de attossegundo. Com dois pulsos de XUV, seríamos capazes de "filmar" o movimento do elétron nas camadas atômicas internas sem perturbar sua dinâmica, "diz o Dr. Boris Bergues, o líder do novo estudo. Isso representa um avanço significativo nos experimentos de attossegundo envolvendo excitação com um único fóton XUV de attosegundo. Nesses experimentos, o estado resultante foi 'fotografado' com um pulso infravermelho mais longo, que por si só teve uma influência significativa no movimento do elétron que se seguiu.

p "A dinâmica do elétron nas camadas internas dos átomos é de particular interesse, porque eles resultam de uma interação complexa entre muitos elétrons que interagem entre si, "como Bergues explica." A dinâmica detalhada resultante dessas interações levanta muitas questões, que agora podemos abordar experimentalmente usando nossa nova fonte attosegundo. "

p Na próxima etapa, os físicos planejam um experimento no qual resolverão a interação no tempo, dividindo o pulso de attossegundo de alta intensidade em pulsos separados de bomba e de sonda.

p A aplicação bem-sucedida de óptica não linear no domínio attossegundo para sondar o comportamento dos elétrons nas camadas orbitais internas dos átomos abre a porta para uma nova compreensão da dinâmica multicorpo complexa das partículas subatômicas. A capacidade de filmar o movimento dos elétrons no interior dos átomos promete revelar muito sobre um reino misterioso que permaneceu oculto.