تتحرك الإلكترونات داخل الجزيء بسرعة كبيرة بحيث لا تستغرق سوى بضع ثوانٍ للقفز من ذرة إلى أخرى. لذا فإن قياس مثل هذه العمليات فائقة السرعة مهمة شاقة.
الآن ، من الممكن قياس التأخيرات الزمنية بدقة zeptosecond (تريليون جزء من المليار من الثانية) ، وذلك بفضل تقنية جديدة طورها العلماء في مرفق العلوم الأسترالي Attosecond ومركز ديناميات الكم في جامعة جريفيث في بريسبان ، أستراليا. باستخدام هذه التقنية الجديدة لقياس التداخل ، يمكن للعلماء قياس التأخير الزمني بين نبضات الأشعة فوق البنفسجية الشديدة المنبعثة من نظيرين لجزيئات الهيدروجين - H2 و D2 - تتفاعل مع مكثف. نبضات ليزر الأشعة تحت الحمراء.
تم العثور على هذا التأخير ليكون أقل من ثلاثة أتوثانية. ووجدوا أيضًا سبب التأخير: حركات مختلفة قليلاً للنواة الأخف والأثقل.
التوليد التوافقي العالي (HHG) هو طريقة يتم فيها تعريض الجزيئات لنبضات ليزر قوية لإنتاج الفعلي موجات الضوء.
يتم إطلاق الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (XUV) عندما يتحد أيون مع إلكترون مستخرج من جزيء بواسطة مجال ليزر مكثف ؛ ثم يتم تسريع الإلكترون بنفس المجال. تطلق جميع الذرات والجزيئات الفردية إشعاع HHG بشكل مختلف ، وتؤثر الديناميكيات الدقيقة لوظائف الموجة الإلكترونية المتضمنة في هذه العملية على كثافة إشعاع XUV HHG ومرحلته.
يمكن لمطياف محزوز أساسي قياس شدة طيف HHG بسهولة ، ولكن قياس مرحلة HHG يعد عملية أكثر صعوبة بكثير. وتشتمل المرحلة على البيانات الأكثر أهمية فيما يتعلق بتوقيت العديد من عمليات عملية الانبعاث.
يتم إنتاج نسختين من الموجة مع تأخيرات مضبوطة بدقة لتتداخل (أو تتداخل) مع بعضها البعض في عملية تُعرف باسم قياس التداخل لقياس هذه المرحلة. اعتمادًا على زمن الوصول واختلاف الطور النسبي ، يمكن أن تتداخل بشكل بناء أو هدَّام.
مقياس التداخل هو أداة تستخدم لأخذ هذا القياس. من الصعب للغاية إنشاء تأخير ثابت وقابل للتنبؤ ودقيق بين نبضتين XUV في مقياس التداخل لنبضات XUV والحفاظ عليه.
وقد حلت الدراسة هذه المشكلة من خلال الاستفادة من ظاهرة طور جوي. أبسط جزيء في الطبيعة ، الهيدروجين الجزيئي، يأتي في نظيرين مختلفين ، وظفهما العلماء في دراساتهم. الفرق الوحيد في كتلة النواة بين نظائر الهيدروجين الخفيفة (H2) والثقيلة (D2) هو بين البروتونات في H2 والديوترونات في D2. التكوين والطاقات الإلكترونية وكل شيء آخر هو نفسه.
بسبب كتلتها الأكبر ، تتحرك النوى في D2 أبطأ قليلاً من تلك الموجودة في H2. نظرًا لأن الحركات النووية والإلكترونية في الجزيئات مقترنة ، فإن الحركة النووية تؤثر على ديناميكيات وظائف الموجة الإلكترونية أثناء عملية HHG مما يؤدي إلى تحول طور صغير ΔφH2-D2 بين النظيرين.
إن انزياح الطور هذا يعادل تأخير زمني Δt = H2-D2 / ω حيث ω هو تردد الموجة XUV. قاس علماء جريفيث هذا التأخير الزمني للانبعاث لجميع التوافقيات التي لوحظت في طيف HHG - كان ثابتًا تقريبًا وأقل قليلاً من ثلاثة أتوثانية.
في وقت لاحق ، استخدم العلماء أكثر الأساليب النظرية تقدمًا لنمذجة عملية HHG بشكل شامل في نظيري الهيدروجين الجزيئي. ويشمل أيضًا جميع درجات الحرية للحركة النووية والإلكترونية على مستويات مختلفة من التقريب.
كان الفريق واثقًا من أن محاكاتهم قد التقطت بدقة الخصائص الحاسمة للعملية الفيزيائية الأساسية لأنها تحاكي النتائج التجريبية بدقة. من خلال تغيير معلمات النموذج ومستويات التقريب ، يمكن للمرء تحديد الأهمية النسبية للتأثيرات المختلفة.
البروفيسور إيغور ليتفينيك ، جامعة جريفيث ، كلية البيئة والعلوم ، ناثان ، أستراليا ، محمد, "نظرًا لأن الهيدروجين هو أبسط جزيء في الطبيعة ويمكن نمذجة نظريًا بدقة عالية ، فقد تم استخدامه في تجارب إثبات المبدأ هذه لقياس الأداء والتحقق من صحة الطريقة."
"في المستقبل ، يمكن لهذه التقنية قياس الديناميكيات فائقة السرعة لمختلف العمليات التي يسببها الضوء في الذرات والجزيئات بدقة زمنية غير مسبوقة."
المرجع مجلة:
- مومتا هينا موستراي وآخرون. تأخيرات أتو ثانية للانبعاثات عالية التوافقية من نظائر الهيدروجين المقاسة بمقياس التداخل XUV. علم فائق السرعة. دوى: 10.34133/2022/9834102
