Ученые впервые экспериментально наблюдали квантовую интерференцию электронов во времени

Иллюстрация динамической интерференции с использованием чирпированных лазерных импульсов. Автор: Федерико Висмарра, ETH Zürich

В квантовой механике частицы, такие как электроны, ведут себя как волны и могут даже интерферировать сами с собой — это поразительное и неинтуитивное свойство, которое противоречит нашему классическому представлению о реальности. Мы знаем, что такая интерференция происходит в пространстве, где различные пути могут перекрываться и комбинироваться. Но что, если пойти дальше? Что, если можно управлять квантовой интерференцией во времени, где электроны, созданные в разные моменты, интерферируют?

В новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, группа исследователей разработала новую методику — чирпированную лазерную динамическую интерференцию — для управления временной квантовой интерференцией во время фотоионизации.

Используя экстремальные ультрафиолетовые импульсы с изменяющейся во времени центральной частотой в сочетании с интенсивными инфракрасными лазерными полями, они управляли движением электронов с беспрецедентной точностью.

Тщательная настройка времени и интенсивности импульсов позволила исследователям контролировать процесс фотоэмиссии таким образом, что электроны, испущенные в разное время, достигали одинаковой конечной энергии, позволяя их квантовым траекториям интерферировать когерентно. Эта интерференция создавала четкие интерференционные картины в фотоэлектронных спектрах, раскрывая ключевую информацию о лежащей в основе ультрабыстрой физике.

Эти результаты, подтвержденные передовым моделированием и экспериментами в ELI ALPS (ведущем европейском центре, посвященном ультрабыстрой науке), представляют собой первое четкое экспериментальное наблюдение этого неуловимого явления, долгое время теоретизировавшегося, но ранее скрытого конкурирующими эффектами многфотонной интерференции. ELI ALPS предоставляет уникальный доступ к ультракоротким световым импульсам в широком диапазоне частот — от терагерцового (10¹² Гц) до рентгеновского (10¹⁸–10¹⁹ Гц) — и открыт для пользователей и разработчиков по всему миру.

Исследование стало результатом тесного сотрудничества ученых из Политехнического университета Милана, Лундского университета, IFN-CNR, ETH Zurich и ELI ALPS.

Этот прорыв, дающий более глубокое понимание того, как материя реагирует на интенсивные лазерные поля на квантовом уровне, предоставляет исследователям мощный новый инструмент для управления поведением электронов на аттосекундных временных масштабах (миллиардная доля миллиардной доли секунды), открывая новые возможности для квантовых технологий и ультрабыстрой электроники.

Больше информации: Federico Vismarra et al, Dynamic Interference of Chirped Photoelectrons, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/73tl-w87y

Источник: ELI ALPS Szeged