ATTO­SE­KUND­PUL­SER LÖ­SER ATOMGÅTA

Forskning & Framsteg - - Kosmos -

l Med hjälp av si­na atto­se­kund­pul­ser har An­ne L’huil­li­er och hen­nes fors­kar­grupp kun­nat de­talj­stu­de­ra en typ av elektron­ex­pe­ri­ment som ha­de stor be­ty­del­se när den mo­der­na fy­si­ken väx­te fram.

Un­der 1800-ta­let upp­täck­tes att ljus som ly­ser på ett ma­te­ri­al kan få elektro­ner att loss­na från si­na ato­mer och ge sig till kän­na som en elektrisk sig­nal. Det kal­las för den fo­to­e­lekt­ris­ka ef­fek­ten. Men om lju­set har fel färg spe­lar det ing­en roll hur myc­ket man ökar styr­kan – elektro­ner­na stan­nar än­då en­vist kvar. Det var en av fy­si­kens sto­ra gåtor kring år 1900.

Al­bert Eins­te­in tog sig an frå­gan och kom fram till att ljus in­te upp­för sig som en våg­rö­rel­se när det väx­el­ver­kar med elektro­ner. I stäl­let är lju­set upp­de­lat i en­skil­da ener­gi­pa­ket, ljuspar­tik­lar, som vi kal­lar för fo­to­ner. En elektron kan ba­ra slu­ka he­la fo­to­ner, ald­rig bråk­de­lar av dem. Om en elektron in­te in­ne­hål­ler till­räck­ligt myc­ket ener­gi för att elektro­nen ska kun­na sli­ta sig loss från sin atom, kan elektro­nen in­te ta upp den alls, ut­an för­blir opå­ver­kad. Men om fo­to­nen in­ne­hål­ler mer ener­gi än vad som be­hövs, kan elektro­nen ab­sor­be­ra den. Ener­gi­över­skot­tet gör att elektro­nen slung­as i väg från ato­men.

För­kla­ring­en av den fo­to­e­lekt­ris­ka ef­fek­ten gav Al­bert Eins­te­in No­bel­pri­set i fy­sik 1921. In­sik­ten att lju­set be­står av se­pa­ra­ta ener­gi­pa­ket blev ock­så en av grund­pe­lar­na för kvant­fy­si­ken, som bör­ja­de ta form på 1920-ta­let. Fo­to­ner­nas ener­gi häng­er ihop med fre­kven­sen, det vill sä­ga fär­gen. Ju blå­a­re lju­set är, desto mer ener­gi in­ne­hål­ler var­je en­skild fo­ton. Bort­om blått finns det ult­ra­vi­o­let­ta lju­set, som vi in­te kan se, och rönt­gen- och gam­ma­strål­ning, med än­nu mer ener­gi per fo­ton. Ge­nom att bom­bar­de­ra ato­mer med ljus med oli­ka fre­kven­ser och stu­de­ra hur myc­ket ener­gi de ut­slung­a­de elektro­ner­na har kvar när de har ta­git sig ut ur ato­mens kraft­fält, har fy­si­ker nog­grant kart­lagt ato­mer­nas ener­gi­ni­vå­er.

Med atto­se­kund­pul­ser­na går det nu dess­utom att föl­ja elektro­ner på de­ras väg ut ur ato­men. För­ra året lyc­ka­des An­ne L’huil­li­er och hen­nes fors­kar­grupp jäm­fö­ra den tid det tar för två oli­ka elektro­ner i en ne­o­na­tom att stö­tas ut. Det skil­jer ba­ra cir­ka tio atto­se­kun­der, be­ro­en­de på hur löst el­ler hårt bun­den elektro­nen är.

En ti­di­ga­re mät­ning av en an­nan fors­kar­grupp stäm­de in­te över­ens med de te­o­re­tis­ka be­räk­ning­ar­na. Un­der sju år var det he­la nå­got av en olöst gå­ta. An­ne L'huil­li­ers fors­kar­grupp kun­de med sin nya mät­ning vi­sa att det be­rod­de på att än­nu en pro­cess var in­blan­dad, där vis­sa elektro­ner kun­de rus­kas till och ham­na i en hög­re och lö­sa­re bun­den ba­na inu­ti ato­men. Med bätt­re upp­lös­ning på mät­ning­en kun­de ener­gin som ham­nar hos de ”upp­ska­ka­de” elektro­ner­na skil­jas ut i mät­ning­en. Pro­ces­sen vi­sa­de sig då stäm­ma med den te­o­re­tis­ka för­stå­el­sen av ato­men.

Newspapers in Swedish

Newspapers from Sweden

© PressReader. All rights reserved.