研究人員首次將電子置於雙重狀態:既沒有釋放也沒有束縛

由原子間勢和強鐳射場混合形成的Kramers Henneberger示意圖

原子由電子圍繞它們所束縛的中央核心組成。 電子也可以通過強大的鐳射電場，

克服其原子核的束縛力被摧毀。 半個世紀以前， 理論家Walter Henneberger想知道， 是否可以使用鐳射場從原子中釋放電子而不將其從核中移出？

許多科學家認為這是不可能的。 然而， 這種假設已經被瑞士日內瓦大學（UNIGE）和德國柏林Max Max 機構（MBI）的物理學家成功證實可以實現。

研究人員首次通過控制雷射脈衝的形狀， 保持電子的自由狀態又束縛其原子核 ， 同時能夠調節原子的電子結構。 他們還利用這些不尋常的狀態放大了鐳射， 並確定鐳射無法通過的禁區。 該區域被稱為“死亡穀”。

這項發現基本粉碎了與物質電離有關的傳統概念。 最新一期的《自然物理學》雜誌發佈該研究。

Henneberger的假設認為， 如果電子被困在雷射器中， 它將被迫在其原子核前面來回傳遞，

並因此暴露於鐳射和核的電場。 這種雙重狀態可以控制電子暴露在兩個電場中的運動， 並且可以讓物理學家用一種可調光的新電子結構來創造原子 。

利用電子的自然振盪

鐳射越強， 應該越容易使原子電離。 換句話說， 就是將電子從其原子核的吸引電場中分離出來， 並將它們釋放到空間中。 日內瓦大學理學院應用物理系的教授Jean-Pierre Wolf解釋道： “不過， 一旦原子被離子化， 電子就不會像火車離開車站那樣離開它們的原子， 它們仍然感受到鐳射的電場， 因此， 我們想知道， 在電子從原子中解放出來之後， 如Walter Henneberger的假設所暗示的那樣， 是否仍有可能將它們困在雷射器中， 並迫使它們停留在原子核附近。 ”

要做到這一點，

唯一的方法是找到雷射脈衝的正確形狀， 以便在電子上施加完全相同的振盪， 以使其能量和狀態保持穩定。 柏林MBI理論系教授Misha Ivanov說：“電子在鐳射場中自然振盪， 但如果鐳射強度發生變化， 這些振盪也會發生變化， 這迫使電子改變其能級， 從而改變其狀態， 甚至離開原子。 這種不尋常的狀態是如此難易實現。 ”

物理學家測試了不同的鐳射強度， 以便從原子釋放的電子將具有穩定的振盪。 他們有了驚人的發現。 Misha Ivanov說， 與自然期望相反， 鐳射越強烈， 它就越容易釋放電子， 我們發現強度有一個限制值， 在這個限制以下， 我們不能再離子化原子， 超過這個限值， 我們可以再次控制電子。 羅切斯特大學Joe Eberly教授建議將此限制稱為“死亡穀”。

古老的假設得以證實，

將為物理學理論帶來革命性的變化

通過將電子置於既不自由也不受約束的雙重狀態中， 研究人員找到了一種方法來操縱這些振盪。 這使他們能夠直接在原子的電子結構上工作。 正如Walter Henneberger所說， 經過多次調整後， 物理學家能夠將電子從原子核中釋放出來， 然後將其捕獲在鐳射的電場中。 Jean-Pierre Wolf說：“通過應用每平方釐米100兆瓦的強度， 我們能夠超越死亡穀門檻， 並在鐳射電場內的規則振盪週期內將電子俘獲在其母體原子附近。 ” 作為比較， 地球上太陽的強度大約為每平方米100瓦。

Jean-Pierre Wolf解釋說：“這使我們有可能通過鐳射領域創造新的原子， 並具有新的電子能級。 我們以前認為這種雙重狀態是不可能產生的， 我們的研究已經證明，

這種狀態可以實現。 我們還發現， 處於這種狀態下的電子可以放大光線， 這將對強鐳射在氣體中的傳播， 如空氣的研究和預測發揮重要作用。 ”