Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Entanglement är ett märkligt fenomen inom kvantfysiken där två partiklar är naturligt förbundna med varandra oavsett avståndet mellan dem. När en mäts är den andra mätningen omedelbart given. Forskare från Purdue University har föreslagit en ny, okonventionell metod för att generera en speciell ljuskälla som består av intrasslade fotoner. Den 6 september 2022 publicerade de sina resultat i Physical Review Research .
Teamet föreslog en metod för att generera intrasslade fotoner vid extrema ultravioletta (XUV) våglängder där ingen sådan källa för närvarande finns. Deras arbete ger en färdplan om hur man genererar dessa intrasslade fotoner och använder dem för att spåra dynamiken hos elektroner i molekyler och material på de otroligt korta tidsskalorna för attosekunder.
"De intrasslade fotonerna i vårt arbete kommer garanterat att anlända till en given plats inom en mycket kort varaktighet av attosekunder, så länge de färdas samma sträcka", säger Dr Niranjan Shivaram, biträdande professor i fysik och astronomi. "Denna korrelation i deras ankomsttid gör dem mycket användbara för att mäta ultrasnabba händelser. En viktig applikation är inom attosecond metrologi för att tänja på gränserna för mätning av de kortaste tidsskalfenomenen. Denna källa till intrasslade fotoner kan också användas i kvantavbildning och spektroskopi. , där intrasslade fotoner har visat sig förbättra förmågan att få information, men nu vid XUV och till och med röntgenvåglängder."
Författarna till publikationen, med titeln "Attosecond entangled photons from two-photon decay of metastabil atoms:A source for attosecond experiment and beyond," är alla från Purdue University Department of Physics and Astronomy och arbetar med Purdue Quantum Science and Engineering Institute (PQSEI). De är Dr. Yimeng Wang, nyutexaminerad från Purdue University; Siddhant Pandey, Ph.D. kandidat inom området experimentell ultrasnabb spektroskopi; Dr Chris H. Greene, Albert Overhauser Utmärkt professor i fysik och astronomi; och Dr Shivaram.
"Institutionen för fysik och astronomi vid Purdue har ett starkt atomär, molekylär och optisk (AMO) fysikprogram, som samlar experter inom olika delområden av AMO", säger Shivaram. "Chris Greenes expertkunskaper om teoretisk atomfysik kombinerat med Niranjans bakgrund inom det relativt unga området av experimentell attosekundsvetenskap ledde till detta samarbetsprojekt. Medan många universitet har AMO-program är Purdues AMO-program unikt mångsidigt genom att det har experter inom flera delområden av AMO-vetenskap."
Varje forskare spelade en betydande roll i denna pågående forskning. Greene föreslog initialt idén att använda fotoner som emitteras av heliumatomer som en källa till intrasslade fotoner och Shivaram föreslog tillämpningar för attosecond vetenskap och föreslog experimentella system. Wang och Greene utvecklade sedan det teoretiska ramverket för att beräkna intrasslad fotonemission från heliumatomer, medan Pandey och Shivaram gjorde uppskattningar av intrasslade fotoners emission/absorptionshastigheter och utarbetade detaljerna i de föreslagna attosekundens experimentella scheman.
Publikationen markerar början på denna forskning för Shivaram och Greene. I denna publikation föreslår författarna idén och utarbetar de teoretiska aspekterna av experimentet. Shivaram och Greene planerar att fortsätta att samarbeta kring experimentella och ytterligare teoretiska idéer. Shivarams labb, Ultrafast Quantum Dynamics Group, bygger för närvarande en apparat för att experimentellt demonstrera några av dessa idéer. Enligt Shivaram är förhoppningen att andra forskare inom attosecond science ska börja arbeta med dessa idéer. En samlad insats av många forskargrupper kan ytterligare öka effekten av detta arbete. Så småningom hoppas de få ner tidsskalan för intrasslade fotoner till zeptosekunden, 10 -21 sekunder.
"Typiskt utförs experiment på attosekunders tidsskalor med attosekunder-laserpulser som "strober" för att "avbilda" elektronerna. Strömgränserna för dessa pulser är runt 40 attosekunder. Vår föreslagna idé att använda intrasslade fotoner skulle kunna pressa ner detta till några attosekunder eller zeptosekunder", säger Shivaram.
För att förstå timingen måste man förstå att elektroner spelar en grundläggande roll för att bestämma beteendet hos atomer, molekyler och fasta material. Tidsskalan för elektronernas rörelse är vanligtvis femtosekund (en miljondels miljarddels sekund—10 -15 sekunder) och attosekund (en miljarddels miljarddels sekund, eller 10 -18 sekunder) skala. Enligt Shivaram är det viktigt att få insikt i elektronernas dynamik och spåra deras rörelse på dessa ultrakorta tidsskalor.
"Målet med området för ultrasnabb vetenskap är att göra sådana "filmer" av elektroner och sedan använda ljus för att kontrollera dessa elektroners beteende för att konstruera kemiska reaktioner, göra material med nya egenskaper, göra enheter i molekylär skala, etc. han säger. "Detta är interaktion mellan ljus och materia på sin mest grundläggande nivå, och möjligheterna för upptäckt är många. En enda zeptosekund är 10 -21 sekunder. Tusen zeptosekunder är en attosekund. Forskare börjar först nu utforska zeptosekundfenomen, även om det är experimentellt utom räckhåll på grund av bristen på zeptosekundlaserpulser. Vårt unika tillvägagångssätt att använda intrasslade fotoner istället för fotoner i laserpulser kan tillåta oss att nå zeptosekundregimen. Detta kommer att kräva avsevärd experimentell ansträngning och är sannolikt möjligt inom en tidsskala av fem år." + Utforska vidare
