Разработана модель наблюдения за квантовым движением электронов

 Дмитрий Сафин

Сотрудники германского научно-исследовательского центра DESY просчитали результаты пока ещё не выполненного опыта, в котором будет наблюдаться квантовое движение электронов.

Регистрация движения электронов с высокими временным (~1 фс) и пространственным (~1 Å) разрешениями раскроет детали формирования и разрыва связей в молекулах, миграции заряда в пептидах и многих других процессов. Собрать необходимые для этого экспериментальные данные помогут, как предполагается, рентгеновские лазеры. Длительность выдаваемых ими импульсов уже сейчас доводят до нескольких фемтосекунд, а в скором времени её, если верить прогнозам, можно будет снизить и до сотни аттосекунд.

Методики восстановления стационарной электронной плотности ρ(х) по диаграмме рассеяния электромагнитного излучения известны. Авторов интересовала более сложная задача — рассеяние импульса на нестационарной квантовой системе. Её решение они рассмотрели на примере опытной схемы, показанной ниже.

Схема рентгеновского наблюдения за электронами с высоким временным разрешением (иллюстрация авторов работы).

В этом примере электронный волновой пакет подготавливается с помощью лазерного импульса, выделенного зелёным, в виде суперпозиции собственных состояний (3d и 4f) атомарного водорода. Для исследования динамики волнового пакета используется ультракороткий рентгеновский импульс, обозначенный синим. Варьируя время задержки t, разделяющее два импульса, можно получить набор диаграмм рассеяния, фиксирующих движение электронов.

Вообще говоря, для описания такой схемы логично было бы использовать общее уравнение, аналогичное тому, что применяется в стационарном случае. Поскольку длительность рентгеновского импульса в нашем варианте задачи уступает временнóму масштабу, на котором разворачивается движение электронного волнового пакета, в уравнение будет входить уже не ρ(х), а мгновенная электронная плотность ρ(х, t), но этим изменения и ограничатся.

Логичный подход, однако, оказывается не совсем верным с физической точки зрения, так как в нём не учитывается влияние рассеяния импульса на свойства волнового пакета. Другими словами, возможные переходы между электронными состояниями, вызванные рассеянием, остаются нерассмотренными. В своей работе германская группа исправила этот недостаток и, опираясь на квантовомеханическое описание вещества и излучения, смоделировала корректные диаграммы рассеяния для разных значений t. Полученные изображения, которые приводятся в подготовленной статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, должны помочь физикам интерпретировать результаты будущих экспериментов.

Подготовлено по материалам Technology Review и arXiv.

Рейтинг публикации:

0

Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в: