Een team van TU Wien en UC San Diego meldt in Nature Photonics dat ultraviolette laserpulsen op helium via een gecorreleerd proces met twee elektronen röntgenstraling boven de gebruikelijke energiegrens opleverden.
Natuurkundigen van TU Wien en de University of California San Diego melden dat zij röntgenstraling hebben opgewekt met hogere energieën dan de standaardtheorie van lasergedreven lichtemissie toestaat. In het gevestigde beeld, hoge-harmonischenopwekking genoemd, rukt een sterk laserveld één elektron los uit een atoom, versnelt het en drijft het terug het atoom in, waar de energie vrijkomt als zeer korte uitbarstingen van hoogfrequent licht. De theorie stelt voor dit proces een maximale fotonenergie vast, de cutoff, waarboven de emissie naar verwachting uiterst zwak is. Het nieuwe werk, gepubliceerd in Nature Photonics, beschrijft een duidelijk signaal voorbij die grens, dat de onderzoekers toeschrijven aan een effect dat het eenelektronmodel niet dekt.
Volgens de mededeling van de universiteit richtte het team intense ultraviolette laserpulsen op heliumatomen en stelde de omstandigheden zo in dat beide elektronen van helium na elkaar werden losgemaakt. Hoewel de twee elektronen op verschillende momenten vrijkwamen, bleven hun bewegingen verbonden via kwantumcorrelaties. Door de pulsen zorgvuldig te vormen, kregen de onderzoekers beide elektronen tegelijk terug bij het atoom, zodat de energie van twee elektronen in één keer vrijkwam en één röntgenfoton met hogere energie kon ontstaan. In het gemeten spectrum vonden ze een tweede, zwakker plateau van aanhoudende emissie dat ver voorbij de conventionele cutoff reikte. Het effect verscheen bij helium, waarvan de twee elektronen sterk gecorreleerd zijn, maar niet bij de buitenste elektronen van argon en neon onder de gebruikte experimentele omstandigheden.
De onderzoekers suggereren dat de emissie kan dienen als gevoelige sonde voor de manier waarop elektronen in atomen op elkaar inwerken, omdat de vorm van het spectrum, de maximale energie en de afhankelijkheid van de laserpolarisatie informatie dragen over processen die zich afspelen in attoseconden, miljardsten van een miljardste seconde. Het principe zou op termijn kunnen worden uitgebreid naar moleculen en vaste materialen, wat werk aan kwantumtechnologie en het ontwerp van nanomaterialen kan voeden, maar die toepassingen zijn nog prospectief en niet aangetoond. De bevindingen komen uit één onderzoekssamenwerking en worden hier weergegeven zoals de betrokken instellingen ze beschrijven; onafhankelijke replicatie en verder theoretisch werk zijn nodig om vast te stellen hoe breed het mechanisme geldt.
