Ein Team der TU Wien und der UC San Diego berichtet in Nature Photonics, dass ultraviolette Laserpulse auf Helium durch einen korrelierten Zwei-Elektronen-Prozess Röntgenstrahlung oberhalb der üblichen Energiegrenze erzeugten.
Physiker der TU Wien und der University of California San Diego berichten, Röntgenstrahlung mit höheren Energien erzeugt zu haben, als die Standardtheorie der laserinduzierten Lichtemission erlaubt. Im etablierten Bild, der Erzeugung hoher Harmonischer, reißt ein starkes Laserfeld ein Elektron aus einem Atom, beschleunigt es und treibt es zurück in das Atom, wo seine Energie als extrem kurze Bursts hochfrequenten Lichts frei wird. Die Theorie legt für diesen Prozess eine maximale Photonenenergie fest, die Cutoff-Energie, jenseits derer die Emission als äußerst schwach erwartet wird. Die neue Arbeit, erschienen in Nature Photonics, beschreibt ein deutliches Signal jenseits dieser Grenze, das die Forschenden einem Effekt zuschreiben, den das Ein-Elektronen-Modell nicht abdeckt.
Laut der Mitteilung der Universität richtete das Team intensive ultraviolette Laserpulse auf Heliumatome und wählte die Bedingungen so, dass beide Elektronen des Heliums nacheinander herausgelöst wurden. Obwohl die beiden Elektronen zu unterschiedlichen Zeitpunkten frei wurden, blieben ihre Bewegungen durch Quantenkorrelationen verknüpft. Durch sorgfältige Formung der Pulse erreichten die Forschenden, dass beide Elektronen gleichzeitig zum Atom zurückkehrten, sodass die Energie zweier Elektronen auf einmal frei wurde und ein einzelnes Röntgenphoton höherer Energie entstehen konnte. Im gemessenen Spektrum fanden sie ein zweites, schwächeres Plateau anhaltender Emission, das deutlich über den üblichen Cutoff hinausreichte. Der Effekt zeigte sich bei Helium, dessen zwei Elektronen stark korreliert sind, nicht jedoch bei den äußeren Elektronen von Argon und Neon unter den gewählten Versuchsbedingungen.
Die Forschenden halten es für möglich, dass die Emission als empfindliche Sonde für die Wechselwirkung von Elektronen in Atomen dienen kann, denn Form und Maximalenergie des Spektrums sowie die Abhängigkeit von der Laserpolarisation tragen Informationen über Vorgänge im Attosekundenbereich, also Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Das Prinzip könne langfristig auf Moleküle und Festkörper übertragen werden, was Quantentechnologien und das Design von Nanomaterialien voranbringen könnte; diese Anwendungen sind bislang jedoch prospektiv und nicht gezeigt. Die Ergebnisse stammen aus einer einzelnen Forschungskooperation und werden hier so wiedergegeben, wie die beteiligten Institutionen sie darstellen; unabhängige Replikation und weitere theoretische Arbeit sind nötig, um die Reichweite des Mechanismus zu klären.
