Ultraschnelle Laser machen "Schnappschüsse", wenn Atome kollidieren

Ultraschnelle Laser machen "Schnappschüsse", wenn Atome kollidieren

Video: Ursula Keller - Ultraschneller Pulslaser (April 2020).

Anonim

Mit Laserpulsen, die nur 70 Femtosekunden (Billiardstelsekunden) dauern, haben die Physiker genauer als je zuvor beobachtet, was passiert, wenn Atome kollidieren. Die Experimente bei JILA, einem gemeinsamen Institut des Nationalen Instituts für Standards und Technologie (NIST) und der Universität von Colorado in Boulder, bestätigen eine jahrzehntelange Theorie, wie Atome - wie Tennisbälle - kurzzeitig Form und Energie verlieren, wenn sie etwas treffen. Die Ergebnisse werden Wissenschaftlern helfen, andere Prozesse auf atomarer Ebene zu untersuchen und die Gesetze der Physik besser zu verstehen.

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Bild: JILA-Wissenschaftler zeigten mit kurzen Laserlichtblitzen, wie Atome wie Tennisbälle beim Aufprall kurzzeitig Form und Energie verlieren. Bild

Die neuen Daten, die in den Physical Review Letters vom 14. Oktober * veröffentlicht wurden, entsprechen den fehlenden Bildern in Filmen mit kollidierenden Atomen (siehe simulierte Bilder in der beigefügten Grafik). Wie wenn ein Tennisball von einem Schläger getroffen wird, ist die Bewegung für das Auge zu schnell, kann aber durch kurze Lichtblitze erkannt werden. Die JILA-Wissenschaftler sammelten Daten zu den Eigenschaften der Atome vor, während und nach Kollisionen von nur einer halben Pikosekunde (Billionstelsekunde) mit noch schnelleren Laser- "Blitzen".

In den JILA-Experimenten wurden etwa 10 Billionen Kaliumatome in einem dichten Gas in einen nur 1 Quadratzentimeter großen Titanbehälter gepackt und auf 700 ° C (fast 1.300 ° F) erhitzt. Bei solch hohen Temperaturen und einer großen Anzahl von Atomen soll das Experiment die Anzahl der Atomkollisionen maximieren. Dann werden schnell wechselnde Laserlichtimpulse verwendet, um die Aktion "einzufrieren".

Die Energie des ersten Laserpulses wird von den Atomen absorbiert und in einen einheitlichen Zustand versetzt, wobei elektromagnetische Wellen in identischen Mustern emittiert werden. Ein zweiter Laser trifft dann schnell auf die Masse der Atome, und ein Detektor erfasst einen Signalstrahl, der durch die Wechselwirkung der Strahlen gebildet wird. Licht aus dem zweiten Impuls wird von Atomen absorbiert und wieder emittiert, die "synchron" sind, aber nicht von Atomen, die kollidieren und Energie verlieren. Die Intensität dieses Signalstrahls, gemessen als Funktion der Verzögerung zwischen den beiden Impulsen, liefert eine "Momentaufnahme" der Anzahl der Atome, die gleichzeitig kollidieren, sowie Einzelheiten zu Änderungen in ihren Wellenmustern.

* VO Lorenz und ST Cundiff. 2005. Nicht-Markovsche Dynamik in einem dichten Kaliumdampf. Physische Begutachtungsschreiben. 14. Oktober

Quelle: NIST