Átomos distorsionados
En dos experimentos realizados en el láser de electrones libres FLASH en Hamburgo, una cooperación liderada por físicos del Instituto Max Planck de Física Nuclear de Heidelberg (MPIK) demostró una fuerte interacción no lineal de pulsos láser ultracortos de ultravioleta extrema (XUV) con átomos e iones. Se descubrió que la potente excitación de un par de electrones en helio competía con la desintegración ultrarrápida, lo que podría llevar a la inversión de la población. Las transiciones resonantes en iones de neón doblemente cargados fueron cambiadas en energía, y observadas por la espectroscopia de absorción transitoria de la sonda de bombeo XUV-XUV.
Ilustración esquemática de la potente excitación de un par de electrones (azul) en el átomo de helio mediante un intenso pulso de láser XUV ultracorto (violeta).
MPIK
Un equipo internacional dirigido por físicos del MPIK informa sobre los nuevos resultados de las excitaciones eficientes de dos electrones en helio impulsadas por pulsos fuertes y ultracortos de láser ultravioleta extremo (XUV)[1]. Estos estados doblemente excitados son de corta duración, decayendo en sólo unos pocos femtosegundos (10-¹⁵ segundos) a través de la autoionización: un electrón cae de nuevo en el estado de tierra mientras que el otro se escapa del átomo. Para lograr una población significativa de este estado, la tasa de excitación tiene que ser más rápida que la tasa de decaimiento. Es como bombear agua a un depósito que tiene una fuga significativa.
Este experimento se ha realizado en el Free-Electron Laser de Hamburgo (FLASH), que suministra pulsos láser XUV intensos con un tiempo de interacción suficientemente corto. El modelado teórico predice una excitación eficiente del par de electrones por tales pulsos. Temporalmente, la población del estado emocionado puede incluso exceder la del estado de tierra, creando una inversión de la población. Esta dinámica cuántica controlada por láser con dos electrones activos se manifiesta en una modificación significativa de la absorción de la luz XUV, que se ha observado en el experimento (véase la parte inferior de la figura).
En un segundo experimento en FLASH, el equipo de físicos de Heidelberg llevó a cabo una espectroscopia de absorción transitoria con sonda XUV de iones de neón doblemente cargados[2]. Aquí, el láser de electrones libres se utiliza tanto para la producción de los iones como para la espectroscopia. Revela un pico de coherencia no lineal en una escala de tiempo de pocos femtosegundos que se relaciona con el tiempo de coherencia de un pulso de láser de electrones libres. Por lo tanto, representa un paso clave hacia la implementación de enfoques de espectroscopia bidimensional y multidimensional, incluso para los láseres de electrones libres y las muestras de fase gaseosa que fluctúan estadísticamente. El resultado científico clave de este experimento fue la medición directa de los cambios en los niveles de energía atómica inducidos por la interacción no lineal con el intenso láser XUV.
En conjunto, estos resultados abren nuevas rutas para explorar la interacción extrema de la materia luminosa y para el control cuántico específico de elementos con óptica resonante no lineal en longitudes de onda cortas.
Afinar la distorsión de elementos químicos específicos dentro de las moléculas podría, en el futuro, revolucionar nuestra forma de pensar sobre la química.
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Publicación original
[1] "Strong-Field Extreme-Ultraviolet Dressing of Atomic Double Excitation"; Christian Ott et. al.; Physical Review Letters 123, 163201 (2019).
[2] "Nonlinear Coherence Effects in Transient-Absorption Ion Spectroscopy with Stochastic Extreme-Ultraviolet Free-Electron Laser Pulses"; Thomas Ding et al.; Physical Review Letters 123, 103001 (2019).
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