Физики Венского технического университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего с коллегами получили рентгеновское излучение с энергией выше предела стандартной одноэлектронной модели. Авторы объясняют результат согласованным возвращением двух электронов к атому гелия. Работа опубликована в журнале Nature Photonics.
Генерация высоких гармоник позволяет превращать лазерный свет в излучение с гораздо более высокой частотой. В обычной схеме поле лазера освобождает электрон, ускоряет его и возвращает к исходному атому. При возвращении электрон отдает энергию в виде фотона.
Для такого процесса существует расчетная граница энергии, зависящая от параметров лазера. Однако эта граница описывает модель с одним активным электроном. Ученые проверили, как изменится картина, если учитывать согласованное поведение двух электронов.
В опыте использовали интенсивные ультрафиолетовые импульсы и гелий, атом которого содержит два электрона. Они могут покидать атом в разные моменты, но при подходящих условиях вернуться к нему одновременно. Тогда их совместная рекомбинация позволяет испустить один более энергичный фотон.
В спектре ученые обнаружили слабую дополнительную область излучения за основным энергетическим пределом. Если основная часть спектра обрывалась примерно в районе 120–140 электронвольт, дополнительный сигнал прослеживался до 280 электронвольт.
При аналогичных измерениях с аргоном и неоном такого продолжения спектра не наблюдали. Расчеты также указали на двухэлектронную рекомбинацию как наиболее согласующееся с результатами объяснение. Таким образом, опыт расширяет описание процесса за рамки одноэлектронного приближения, сохраняя общие законы квантовой физики.
Исследователи предполагают, что дополнительная область спектра может стать чувствительным инструментом изучения электронных корреляций — взаимосвязанного движения электронов. В перспективе метод поможет исследовать такие процессы на аттосекундных временных масштабах и искать новые источники сверхкороткого рентгеновского излучения. Возможность переноса подхода на молекулы и твердые тела еще предстоит проверить.
Ранее физики нашли у света неожиданное свойство.