Ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης και το University of California San Diego κατάφεραν να ξεπεράσουν ένα θεωρητικό όριο στην παραγωγή ακτίνων Χ με λέιζερ, δημιουργώντας ακτινοβολία πολύ υψηλότερης ενέργειας από αυτή που προβλέπει η συμβατική θεωρία.
Η συγκεκριμένη τεχνική είχε συμβάλει στην ανάπτυξη της φυσικής των αττοδευτερολέπτων και συνδέεται με την έρευνα που τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής του 2023. Τώρα, το νέο πείραμα δείχνει ότι το γνωστό όριο μπορεί να ξεπεραστεί όταν δύο ηλεκτρόνια ενός ατόμου συνεργάζονται κβαντομηχανικά.
Πώς παράγονται οι ακτίνες Χ
Όταν ένα άτομο φωτίζεται με ισχυρό λέιζερ, το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να απομακρύνει ένα ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο επιταχύνεται και στη συνέχεια επιστρέφει στο άτομο, απελευθερώνοντας την ενέργειά του με τη μορφή φωτός.
Με αυτόν τον τρόπο παράγονται πολύ υψηλές συχνότητες, ακόμη και στην περιοχή των ακτίνων Χ. Ωστόσο, σύμφωνα με το κλασικό μοντέλο, υπάρχει ένα ανώτατο όριο στην ενέργεια των φωτονίων που μπορούν να παραχθούν.
Η δύναμη δύο ηλεκτρονίων
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν άτομα ηλίου και ισχυρά λέιζερ υπεριώδους ακτινοβολίας. Στόχος ήταν να απομακρύνουν δύο ηλεκτρόνια και να τα κάνουν να επιστρέψουν στο άτομο ταυτόχρονα.
«Η ενέργεια δύο ηλεκτρονίων απελευθερώνεται τότε ταυτόχρονα. Όταν είναι διαθέσιμη περισσότερη ενέργεια, μπορεί να παραχθεί ένα φωτόνιο ακτίνων Χ υψηλότερης ενέργειας», εξήγησε ο Dimitar Popmintchev.
Το πείραμα αποκάλυψε ένα δεύτερο, ασθενέστερο ενεργειακό εύρος, πολύ πάνω από το προηγούμενο όριο.
Ένα νέο εργαλείο για την κβαντική φυσική
Το φαινόμενο παρατηρήθηκε στο ήλιο, όπου οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων φαίνεται να παίζουν καθοριστικό ρόλο.
Η νέα ακτινοβολία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρόνια σε απειροελάχιστους χρόνους.
Στο μέλλον, η τεχνική ενδέχεται να εφαρμοστεί σε μόρια και σύνθετα υλικά, προσφέροντας έναν νέο τρόπο μελέτης κβαντικών φαινομένων που σχετίζονται με προηγμένα νανοϋλικά και κβαντικές τεχνολογίες.