Pirmą kartą mokslininkams pavyko sėkmingai išmatuoti kvantinę elektronų, išsiskiriančių iš atomų, sugėrusių didelės energijos šviesos impulsus, būseną. Šį proveržį padarė naujas matavimo metodas, kurį sukūrė Lundo universiteto (Švedija) mokslininkai. Jų išvados leidžia geriau suprasti, kaip šviesa sąveikauja su materija.
Elektronų paslaptys atsiskleidžia per šviesą
Kai ultravioletinė arba rentgeno spinduliuotė smogia atomui, ji gali išmušti elektroną – šis reiškinys vadinamas fotoelektriniu efektu. Išmatavę tokio elektrono energiją, mokslininkai sužino daugiau apie patį atomą. Tai – fotoelektroninės spektroskopijos pagrindas.
Tačiau elektronai nėra paprastos dalelės. Jie – kvantiniai objektai, turintys ir dalelės, ir bangos savybių. Jų elgesį galima suprasti tik taikant kvantinės mechanikos taisykles.
Lundo universiteto mokslininkai sukūrė naują metodą, leidžiantį pirmą kartą išmatuoti elektronų kvantinę būseną. Tai tarsi smegenų tyrimas kompiuteriniu tomografu – surenkama daugybė 2D „nuotraukų“ iš skirtingų kampų ir atkuriamas trimatis vaizdas.
Šiuo būdu išanalizuoti helio ir argono atomų elektronai atskleidė, kad jų kvantinė būsena priklauso nuo medžiagos, iš kurios jie išlekia. Tai svarbus žingsnis siekiant geriau suprasti šviesos ir materijos sąveiką.
Naujas žvilgsnis į elektronų paslaptis
Prieš daugiau nei šimtmetį Einšteinas paaiškino fotoelektrinį efektą – šis atradimas tapo kvantinės mechanikos pagrindu. Vėliau mokslininkas Kai Siegbahn sukūrė metodą, leidžiantį tirti, kaip atomuose išsidėstę elektronai, už kurį 1981 m. gavo Nobelio premiją. Tačiau iki šiol buvo tiriamos tik paprastos, klasikinės elektronų savybės.
Dabar, pirmą kartą, mokslininkams pavyko atskleisti ir elektronų kvantines ypatybes. Šis proveržis ne tik praplės fotoelektronų spektroskopijos ribas, bet ir padės geriau suprasti, kaip medžiagos reaguoja į šviesą – nuo atmosferos procesų iki saulės elementų ar augalų fotosintezės.
Atradimo reikšmė
Mokslininkai įžengia į antrąją kvantinę revoliuciją – erą, kurioje bandoma valdyti pavienius kvantinius objektus, pavyzdžiui, fotoelektronus, ir išnaudoti jų savybes praktinėms reikmėms.
Naujasis mokslininkų metodas atveria naujas galimybes analizuojant medžiagas – atskleidžiant jų struktūrą ir stebint, kaip jos reaguoja išmušus elektroną. Tai gali padėti kurti pažangias medžiagas ar geriau suprasti procesus, vykstančius šviesos veikiamose sistemose.
Didžiausia staigmena – šis sudėtingas metodas pavyko. Ankstesni bandymai matuoti elektronų kvantines būsenas dažnai žlugdavo dėl menkiausių trikdžių, tačiau šį kartą pavyko pasiekti neįtikėtiną stabilumą.
Šis proveržis leidžia giliau pažvelgti į kvantinio ir kasdienio pasaulio ribą.
Elektronai ir atomai paklūsta kvantinėms taisyklėms, kurios skiriasi nuo mums įprastų.
Tačiau, kai daug kvantinių dalelių susiburia, jos ima trikdyti viena kitą, ir kvantinės savybės tarsi „išnyksta“ – šis reiškinys vadinamas dekoherencija.
Naujas metodas ateityje gali padėti stebėti, kaip elektronai pereina iš kvantinės būsenos į klasikinę, atveriant dar daugiau galimybių kvantinėms technologijoms.
