Первые шаги аттофизики
Информация - Математика и статистика
Другие материалы по предмету Математика и статистика
»ьно возможной энергией налетающего на ион электрона). В результате за короткое время (много меньшее оптического периода возбуждающего импульса) происходит генерация коротковолнового излучения (см. рис. 2). С помощью наборов фильтров или зеркал из широкого спектра высокочастотного излучения может быть выделена требуемая гармоника - импульс коротковолнового излучения с длительностью менее 1 фс.
Но в науке недостаточно "просто" получить какой-то эффект - необходимо его надежно зарегистрировать, что иногда совсем не так легко (см., например, заметку о получении большого количества атомов антиводорода в ЦЕРНе ). Само по себе появление излучения в ультрафиолетовом или мягком рентгеновском диапазоне в результате воздействия мощного короткого лазерного импульса на "газовую мишень" еще не говорит о том, что произошла генерация именно аттосекундного импульса, а не импульса большей длительности. Необходима методика, позволяющая определять длительность рожденного сверхкороткого импульса, временное же разрешение существовавших до недавнего времени методик не превышало нескольких фемтосекунд. Поэтому для формального объявления о рождении аттофизики нужно было сначала разработать способы измерения длительности аттосекундных импульсов. Такие способы были разработаны (см., к примеру, нашу новость как измерить длительность сверхкороткого импульса?), и в начале нового тысячелетия человечество официпально вступило в "аттосекундную эру" [3].
Дав выше определение аттосекунды и аттофизики, мы формально пояснили, о чем идет речь. Но сложно избавиться от некоторой неудовлетворенности, связанной с тем, что приведенные цифры не в состоянии передать, сколь невообразимо малые временные масштабы покорились науке. Ведь восемнадцать порядков - разница непредставимая, ее невозможно "почувствовать": столь сильному различию масштабов нет места в человеческом восприятии. Единственное, что можно сделать - попытаться найти аналогию, более-менее доступную нашему сознанию.
Зададимся вопросом, каков "человеческий квант времени", т.е. мельчайшая доступная человеческому восприятию "частица времени". Это, конечно, не секунда - величина, введенная искусственно, - а миг, мгновенье. Хотя в наш "точный" век слова миг и мгновенье воспринимаются "расплывчато-поэтически" ("остановись, мгновенье, ты прекрасно"), изначально смысл их был более конкретным. Понять его можно, вспомнив следующие фразы - "в мгновенье ока", "и глазом моргнуть не успел".
Итак, мгновенье - процесс с длительностью в десятые доли секунды. Попытаемся приравнять мгновенье к двум величинам - микросекунде и аттосекунде, и представить, с чем можно будет сопоставить в таком случае секунду. Для микросекунды особых проблем возникнуть не должно: миллион хотя и большая, но встречающаяся в повседневной жизни величина (будь-то миллион жителей города или миллион рублей), соотвественно, и одна миллионная доля чего-то вполне представима. Неудивительно, что "аналог секунды" будет вполне человеческим: микросекунда будет относиться к секунде примерно как мгновенье относится к трем дням. Не так обстоит дело с аттосекундой: уподобив ее мгновенью, мы обнаружим, что секунда в таком масштабе уподобится ... времени жизни Вселенной!
Но оставим в стороне лирику и пробуем разобраться, что и каким образом изучается в новорожденной области науки. Если для нас аттосекунда находится далеко за пределами представления, то, как видно из рис. 1, это вполне законный масштаб протекания процессов во внутренних электронных оболочках атомов. Естественно предположить, что аттофизика связана с исследованием динамики электронов внутренних оболочек. Поэтому, прежде чем говорить о проведенных экспериментах, стоит сказать несколько слов об изучавшихся процессах.
Рис.3. a - схематическое изображения энергетической структуры атома и процессов энергетической релаксации электронов на внутренних электронных оболочках атома после ионизации; b - фотоэлектроны покидают атом за время t x, равное длительности импульса рентгеновского излучения, оже-электроны покидают атом за существенно большее время, t H - характерный масштаб - время жизни вакансии на внутренней электронной оболочке.
Излучение с достаточно высокой энергией может выбить электрон с внутренних электронных оболочек атома (рис. 3a, процесс a). В этом случае говорят, что на внутренней электронной оболочке образуется вакансия (показана на рис.3a фиолетовым кружком). Такое состояние неустойчиво и электронная подсистема стремиться минимизировать энергию за счет заполнения вакансии электроном с одного из вышележащих уровней энергии атома. Выделяющаяся при переходе на нижележащий уровень энергия может быть испущена в виде кванта характеристического рентгеновского излучения либо передана третьему электрону, который покидает атом (процессы b и c на рис.3a, электроны помечены зеленым). Первый процесс более вероятен при энергии связи электрона Wh, превышающей 1 кэВ, второй - для легких атомов и энергии связи электрона, не превышающей 1 кэВ.
Второй процесс называется эффектом Оже, а электрон, которому был передан избыток энергии, - оже-электроном. Энергия оже-электрона не зависит от энергии возбуждающего излучения, а определяется структурой энергетических уровней атома (в обозначениях рис.3a Wkin = Wh - W1 - W2). Вследствие конечности времени жизни атома в возбужденном состоянии существует некоторый разброс энергий оже-электронов (схематическ?/p>