Аномальную ионизацию атомов объяснили резонансами

Физики провели численную симуляцию процесса ионизации атома водорода, находящегося в циркулярном состоянии, мощным лазерным импульсом. Они обнаружили аномальную зависимость вероятности ионизации от частоты света, которую объяснили резонансными процессами с участием нижележащего уровня. Исследование опубликовано в Physical Review A.

Атом водорода сегодня изучен лучше любой другой квантовой системы. В силу простоты своего устройства он стал отправной точкой для построения теорий и предсказания новых эффектов. По этой же причине он стал популярным объектом для экспериментов по измерению физических величин с рекордной точностью.

Недавно, однако, выяснилось, что при взаимодействии атома водорода с очень интенсивными лазерными полями характер происходящих с ним процессов может быть довольно сложным. В первую очередь это касается ионизации, которая, как оказалось, сильно зависит от магнитного квантового числа m электрона из-за возникновения резонансных эффектов. С другой стороны, возможность резонансного контроля ионизации позволит создавать спин-поляризованные электронные пучки, свойствами которых можно управлять на фемтосекундном масштабе (про одно из таких исследований мы уже писали), поэтому физики продолжают строить модели этих процессов.

Пэйсян Лу (Peixiang Lu) из Хуачжунского университета науки и технологии с коллегами решили подробнее изучить зависимость малофотонной ионизации от частоты лазера для циркулярных состояний атома водорода. Циркулярными называют состояния с максимально возможным значением магнитного квантового числа m для данного главного квантового числа n. Строго говоря, для атома водорода возможно всего два их варианта: m = n − 1 и m = − |n − 1|. Если облучать атом светом с круговой поляризацией, то направление вращения плотности электронного тока одного из циркулярных состояний совпадет с направлением вращения вектора электрического поля, а для другого они окажутся противоположны.

Физики численно решали зависящее от времени уравнение Шрёдингера для атома в обоих циркулярных состояниях с n = 3, облучаемого лазерным импульсом большой интенсивности. Они разлагали искомое решение по сферическим функциям с зависящей от времени радиальной частью, ограничиваясь сверху орбитальным квантовым числом l = 30. Строя зависимость вероятности ионизации от частоты света, они обнаружили ее неожиданное поведение в диапазоне, соответствующему поглощению двух фотонов. В частности, для состояния атома, чье вращение сонаправленно с вращением поля, авторы увидели сильный рост ионизации, в то время как для другого состояния ее вероятность монотонно убывала. Такой характер зависимости сохранялся в широком диапазоне интенсивностей света и длительностей импульсов.

Зависимость вероятности ионизации от частоты падающего на атом импульса, длительностью 8 (a) и 30 (b) условных единиц для обоих типов циркулярных состояний. Пунктирной линией обозначена граница однофотонной ионизации, штрих-пунктирной – двухфотонной ионизации.

Для понимания причин усиления и подавления ионизации на разных частотах, авторы детально исследовали эволюцию населенности уровней с другими квантовыми числами для обоих циркулярных состояний. Так, они выяснили, что рост вероятности ионизации для сонаправленного состояния объясняется резонансными переходами ни нижний уровень, который также участвует в ионизации. Вместе с тем подавление ионизации происходит из-за осцилляций Раби между начальным и нижним уровнем. Физики надеются, что выявленный ими механизм поможет лучше понять процессы, происходящие при ионизации с большим числом фотонов.

И хотя ионизацию атомов изучают уже больше века, с ней до сих пор не все ясно. Так, физики лишь недавно разобрались с тем, как в этом процессе распределяются импульсы фотонов и насколько важно учитывать при этом релятивизм.

Марат Хамадеев

Источник: nplus1.ru

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Опубликовано: 24.09.2021 в 22:44

Автор:

Категории: Наука и технологии

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии