物理学家图像和控制氦原子中两电子的运动

电子PAS de Deux：海德堡的物理学家在氦原子中拍摄了电子对的脉冲运动。在15.3 Femtoseconds（FS）中，两个电子靠近核（图像中心），然后远离它。颜色表示在通过原子（沿激光器的偏振方向）绘制的线上的位置B处（垂直轴）和第二电子处的一个电子处的概率。16.3毫微微秒，他们再次返回原来的位置;因此，它们在一个飞秒周围移动。

使用AttoSecond-Timed激光闪烁，一支物理学家团队已成为第一个图像，并控制两个电子在氦原子中的运动。

物理学家不断推进他们可以发挥物质的控制。德国西班牙语团队与Max Planck核物理研究所与海德堡的Max Planck核物理研究所一起工作现在是第一个在氦原子中展开两种电子的运动，甚至控制这款电子合作伙伴舞蹈。科学家借助于不同的激光脉冲在这项任务中取得了成功，它们在彼此相对于非常准确地定时。它们采用了可见闪光和极端紫外脉冲的可见闪光的组合，持续了几百个attoseconds。一个attosecond达到十亿分之一的十亿分之一。物理学家旨在专门影响电子对的运动，因为他们想要彻底改变化学：如果激光器可以在分子中转向成对的粘合电子，它们可能会产生不使用常规化学方法生产的物质。

电子很难掌握。物理学家不能在原子中确定它们的精确位置，但它们可以缩小电荷载流子最大的区域。当电子移动时，这会给电子带来最高概率所在的区域带来了改变。在一些电子国家 - 物理学家称他们的叠加状态 - 这项运动表现为具有常规节拍的脉冲。

这正是这种脉冲运动，科学家与Max Planck核物理研究所主任的托马斯Pfeifer一起使用的科学家录制在一系列氦原子的图像中。他们观察到电子对如何靠近原子核，一瞬间略微远离它。然而，研究人员对Mere观察员的作用并不满意，并且还在电子编排中积极干预。他们放下了电子合作伙伴舞蹈的节奏，所以说话。“纵向的原子中，原子中的近距离电子的运动也已经成像，即甚至操纵，”该研究的主要作者表示。“我们现在已经达到了一对电子束缚在一起短时间。”

当电子移位时，可以产生分子键

一方面，电子对的研究对于想要更好地了解原子和分子在这种相互作用通常涉及两个或更多个电子时，可以更好地理解原子和分子的物理学家。另一方面，如果它们能够引导一对电子，则是有用的，因为典型的化学粘合由这样一对;这意味着当他们想要创造或破坏分子键时，化学家必须总是在至少两个电子移动。

为了在氦原子中编排和胶片电子，基于海德堡的物理学家通过氦气的电池送两种激光脉冲。它不仅是能量，即脉冲的颜色，这里很重要，而且它们的强度和它们之间的间隔。研究人员首先借助于紫外线闪光将氦的电子移动到超快脉冲状态。然而，它们只成功，因为这种脉冲的持续时间短于一个飞秒短（百万分之一的十亿分之一）。这是一对电子对脉冲运动的一个循环的长度，其中该对最初更靠近核，然后再次移动，然后再次返回到核。

然后，研究人员使用弱的可见激光脉冲来确定电子在该特定时刻跳舞的位置。并且通过改变紫外线脉冲和可见的间隔，它们会产生电子舞的电影：“虽然我们没有直接图像，但是托马斯Pfeifer解释说明，”可见脉冲为我们提供了叠加状态的相对相位。“该阶段描述了振荡的待谐波，因此是电子对的节奏运动。在这种情况下，它讲述了物理学家在氦原子周围的自然PAS de Deux中的物理学家在电子处于给定的时刻。

Heidelberg的团队使用以前研究的调查结果来确定舞蹈动作。从这个现有知识来看，他们确定电子在不移动时的位置。“关于我们在此测量的阶段的信息以及我们的先验知识，我们重建电子在给定时间的位置，”Pfeifer说。他和他的同事的实验结果与他们的合作者卢卡·阿根廷和FernandoMartín在西班牙大学的艺术理论模拟吻合良好，确认了实验和计算方法的有效性。

激烈的可见激光脉冲改变了电子舞蹈的节奏

基于海德堡的物理学家也依靠这些模拟来确认其实验的第二部分。这里的可见激光脉冲不仅适用于照相机，而且作为电子运动的起搏器。因为当它们增加脉冲的强度时，电子的时间点靠近原子核或者进一步远离其偏移。研究人员还记录了图像序列中的节奏如何以及因此电子舞蹈的编排变化。

托马斯·菲菲尔和他的同事尚未能够解释他们在强烈激光脉冲的实验中观察的所有细节。他们希望现在更加全面的实验对脉冲的影响。在未来的实验中，他们还希望详细地遵循一对电子对电子的随后的命运，对于叠加状态的电子舞蹈，其中两个合作伙伴之一以原子排出，结果是原子被电离。这些电离也在许多化学反应中起作用。因此，更好地理解这种野性的两电子跳舞可以告诉化学家如何将反应转向到所需的方向和产品通道中。此时，最新的Attosecond物理也会为化学创造新的工具。

出版物：Christian Ott等，“重建和控制与时间依赖的两电子波包”，自然516,374-378（2014年12月18日）; DOI：10.1038 / Nature14026

图像：MPI用于核物理学