Man har kendt til teorien siden den blev præsenteret af Stanley Autler og Charles Townes i 1955. Ved hjælp af laserstråling kan man få elektroner i et atom til at svinge i de såkaldte Rabi-svingninger.
Indtil nu har det dog kun kunne påvises ved hjælp af strålinger med lange bølgelængder, fx mikrobølger, infrarød stråling og optisk lys.
I ny forskning fra blandt andet LTH har det imidlertid været muligt at måle elektronoscillationer ved ti gange kortere bølgelængde end tidligere. Resultaterne er nu offentliggjort i Nature.
Konkret er det lykkedes at bringe en elektron i helium op til en exciteret tilstand og så ned igen i en kontrolleret bevægelse. Og at man har valgt helium er ingen tilfældighed. Helium er det atom med den højeste ioniseringsenergi, så når det er lykkedes med Helium, kan det i princippet lade sig gøre med alle andre atomer.
Forsøget blev udført med en ny type lyskilde, en såkaldt Free-Electron Laser (FEL), som blev bygget i Trieste i Italien. Målingerne er foretaget af forskere i et internationalt samarbejde ledet af Saikat Nandi, forsker ved CNRS i Frankrig.
Da resultaterne fra forsøget viste sig svære at fortolke, blev Marcus Dahlström, universitetslektor i matematisk fysik ved LTH, og hans forskergruppe kontaktet for at udføre numeriske simuleringer og analytiske beregninger. Problemet var, at man ikke direkte kan se, hvad elektronerne laver.
Løsningen på dette problem kan forstås med en sjippetovs-analogi, forklarer han.
Hvis vi lukker øjnene, kan vi tydeligt høre forskellige lyde, når et barn hopper, og når sjippetovet rammer jorden. På samme måde vil forskellige elektronbølger blive udsendt fra grundtilstanden og den exciterede tilstand af atomet. Ved at forstå disse to bølger kunne de eksperimentelle resultater fortolkes. Det var et meget spændende projekt, hvor jeg og mine ph.d.-studerende Edvin Olofsson og Mattias Bertolino havde flere aha-oplevelser, siger Marcus Dahlström.
Forsøget viser, at det nu er muligt at kontrollere overgange i atomer, der kræver en stor excitationsenergi. I applikationer kan dette bruges til at kontrollere nye typer kemiske reaktioner, som tidligere ikke var mulige. At bryde og skabe nye bindinger med disse stærke laserimpulser gør det også muligt at drive reaktioner i et stort antal molekyler på samme tid.
At producere eksotiske tilstande af atomer eller molekyler, der alle er exciterede, skaber også spændende muligheder for at styre selve lysimpulserne. Energi fra lyset kan først lagres et stykke tid i atomerne, men når elektronerne så vil falde tilbage til deres grundtilstand, sker det på en dramatisk ny måde.
Det kan sammenlignes med en guitarforstærkers rundgang. Det er et kvantemekanisk fænomen, der ligner det, der sker i en laser, hvor der skabes intenst lys. Men hvor hurtigt denne kollektive proces kan foregå afhænger af, hvor mange og hvor tæt pakket atomerne er i gassen, og det er stadig igangværende forskning, som jeg og min forskergruppe arbejder på i et Wallenberg Academy Fellow-projekt, siger Marcus Dahlström.
Kilde: lu.se
