Новости 15 февраля 2025

Физики впервые измерили полное квантовое состояние фотоэлектронов

Новая техника открывает новые возможности в изучении взаимодействия света и материи на квантовом уровне.

Учёные из Лундского университета в Швеции разработали метод KRAKEN, который позволяет точно измерять квантовое состояние электронов, выбиваемых из атомов под воздействием высокоэнергетических световых импульсов.

Метод KRAKEN основан на фотоэлектронной спектроскопии, но идёт дальше: он позволяет фиксировать не только классические параметры фотоэлектрона, такие как скорость, но и его полное квантовое состояние. Исследователи используют пару лазерных импульсов разной длины волны, чтобы сделать серию снимков квантового состояния электрона и затем реконструировать его в трёхмерном виде. Этот подход сравним с компьютерной томографией, только вместо мозга исследуется квантовый объект.

Эксперименты с атомами гелия и аргона

Тестирование нового метода на атомах гелия и аргона показало, что квантовое состояние фотоэлектронов зависит от материала, из которого они выбиваются. Это открытие может повлиять на многие области науки, включая атмосферную фотохимию и разработку систем сбора световой энергии, таких как солнечные панели и фотосинтетические процессы в растениях.

Связь с квантовыми технологиями

Метод KRAKEN объединяет две научные области: аттосекундную физику и спектроскопию, а также квантовую информатику и технологии. Он соответствует концепции «второй квантовой революции», направленной на управление отдельными квантовыми объектами для их применения в различных технологических сферах.

Хотя методика не приведёт к немедленному созданию квантовых компьютеров, она даёт учёным важную информацию о квантовых свойствах фотоэлектронов. Эти знания помогут глубже понять процессы, происходящие в материале после выбивания электрона, что особенно важно при изучении новых материалов.

Будущее квантовых исследований

Исследователи надеются, что в будущем метод KRAKEN поможет проследить, как квантовые свойства электронов меняются со временем, переходя от квантового состояния к классическому. Это может дать ключ к пониманию фундаментальных принципов квантовой механики и её связи с макромиром.

Результаты исследования опубликованы в Nature.