Физика

Выяснено, что происходит с импульсом фотона, когда он выбивает электрон

NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet

Немецкие физики сконструировали новый спектрометр с ранее недостижимым разрешением и выяснили, что будет происходить с импульсом фотона, когда он сталкивается с электроном в атоме. Статья об этом появилась в журнале Nature Physics.

Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию за объяснение фотоэлектрического эффекта. При нем свет, попадая на специальный материал, вызывает в нем течение электрического тока. Согласно Эйнштейну, свет состоит из частиц (фотонов), которые передают электрону атома только квантованную энергию. Если энергия фотона достаточна, он выбивает электроны из атома.

Однако так до сих пор не было понятно, как в результате такого процесса меняется импульс фотона. Чтобы выяснить это, команда физиков из Франкфуртского и Ганноверского университетов создала уникальный спектрометр, позволяющий проводить измерения с невиданной ранее точностью. Устройство имеет длину 3 метра, высоту 2,5 метра и содержит примерно столько же деталей, сколько автомобиль.

Построенный исследователями спектрометр

Alexander Hartung

Новый спектрометр окружен непрозрачной черной палаткой, внутри которой находится чрезвычайно высокоэффективный лазер. Его фотоны сталкиваются с отдельными атомами аргона в аппарате и тем самым удаляют по одному электрону в каждом атоме. Импульс этих электронов в момент их появления измеряется с предельной точностью.

Когда многочисленные фотоны из лазерного импульса бомбардируют атом аргона, они ионизируют его. Расщепление атома уменьшает энергию фотона. Оставшаяся энергия передается высвобожденному электрону. Вопрос о том, кто в этой реакции — электрон или атомное ядро — сохраняет импульс фотона, занимал физиков уже более 30 лет. Ученые подозревали, что импульс фотона должен был передаться и электрону, и атомному ядру. Это аналогично тому, как ветер толкает парус и лодку одновременно.

Однако оказалось, что электрон получает больший импульс, чем должен — он просто забирает треть у атомного ядра. Чтобы убедиться, что дополнительный импульс электрона не был вызван случайной асимметрией в аппарате, ученые создали еще более сложное устройство, где газ подвергается импульсу лазера с противоположных сторон — сначала последовательно, а затем одновременно. В результате исследователи убедились, что на самом деле электрон получает на треть больше импульса, чем должен согласно теориям.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.