(a) Diagrama esquemático da geração de radiação síncrotron por onduladores. As larguras de tempo dos pulsos de radiação são determinadas pelo alargamento espacial dos feixes de elétrons. (b) O pulso de radiação contém muitas ondas curtas (pacotes de ondas) emitidas por elétrons individuais. No presente estudo, dois onduladores são dispostos em série para gerar pares de pacotes de ondas. Cada pacote de onda oscila apenas 10 vezes em 2 femtossegundos. Os intervalos de tempo dos pares de pacotes de ondas são ajustados desviando os feixes de elétrons com um ímã entre os dois onduladores. Crédito:NINS / IMS
Cientistas no Japão observaram e interferiram no movimento ultrarrápido do movimento do elétron dentro de um átomo de xenônio usando pares coerentes de ondas curtas de luz na radiação síncrotron. Xenon, consistindo em um núcleo rodeado por cinco camadas aninhadas contendo um total de 54 elétrons, é usado em lâmpadas de flash, e ele queima brilhante e rápido. Os elétrons luminescentes se movem lá em uma escala de tempo de um bilionésimo de segundo. O movimento rápido do elétron é, no entanto, seis ordens de magnitude mais lento do que os cientistas observaram. Usando a instalação de síncrotron no Institute for Molecular Science, eles rastrearam o movimento do elétron em relaxamento para liberar energia, caindo de uma camada externa para uma camada interna. O processo acontece em uma escala de tempo de femtossegundos, ou um milionésimo de um bilionésimo de segundo. Um femtossegundo está para um segundo, assim como um segundo está para quase 32 milhões de anos. A capacidade de observar e controlar esses processos ultrarrápidos pode abrir a porta para experimentos e aplicações de próxima geração, de acordo com os pesquisadores.
Os resultados foram publicados em 17 de março em Cartas de revisão física .
"Controlar e sondar o movimento eletrônico em átomos e moléculas em sua escala de tempo natural de attossegundos - que são um milésimo de femtossegundo - é uma das fronteiras da física atômica e da física dos attossegundos, "disse o autor do artigo Tatsuo Kaneyasu, pesquisador da SAGA Light Source, Centro de Pesquisa de Luz Síncrotron Kyushu no Japão. "Neste estudo, demonstramos que processos ultracurtos em átomos e moléculas podem ser rastreados usando a propriedade ultracurta do pacote de ondas de radiação. "
Avanços recentes na tecnologia de laser nos permitem produzir ultra-rápido, ou ultracurto, pulsos de luz duplos que podem interagir com processos subatômicos. Essa interferência pode ser controlada pelo ajuste preciso do tempo entre cada pulso. O pulso excita elétrons, o movimento do qual é referido como um pacote de onda de elétrons. Kaneyasu e sua equipe alcançaram essa tecnologia usando radiação síncrotron, que tem uma grande vantagem em gerar fótons de maior energia do que os lasers.
O painel superior mostra a intensidade de fluorescência dos estados excitados da camada interna dos átomos de xenônio medidos com a mudança dos intervalos de tempo dos pares de pacotes de ondas. Os painéis inferiores mostram visualizações ampliadas nas posições aeb no painel superior. Flutuações com um período de 63 attossegundos são observadas devido ao efeito de interferência entre os estados quânticos excitados pelos pares de pacotes de onda. À medida que o intervalo de tempo entre os dois pacotes de ondas em um par aumenta, a amplitude da flutuação decai devido ao relaxamento eletrônico dos estados excitados da casca interna. Crédito:NINS / IMS
"Este método, denominado 'interferometria de pacote de ondas, "agora é uma ferramenta fundamental para estudar e manipular a dinâmica quântica da matéria, "Kaneyasu disse." Neste estudo, o pacote de ondas de elétrons foi produzido pela sobreposição de alguns estados eletrônicos em um átomo de xenônio. "
Muito parecido com dois feixes sobrepostos produzindo uma luz mais intensa do que qualquer um deles individualmente, dois pacotes de onda de elétrons sobrepostos produzem efeitos quânticos.
"O objetivo final é controlar e sondar o movimento eletrônico ultrarrápido de uma ampla gama de elementos, não apenas nos átomos e moléculas da fase gasosa, mas também nas matérias condensadas, "Kaneyasu disse." Esta nova capacidade da radiação síncrotron não apenas ajuda os cientistas a estudar fenômenos ultrarrápidos em processos atômicos e moleculares, mas também pode abrir novas aplicações no desenvolvimento de materiais funcionais e dispositivos eletrônicos no futuro. "
