Einstein'ın ötesinde: Fizikçiler, foton momentumunu çevreleyen gizemi çözüyor

Fotoelektrik etkiyi açıklayan Albert Einstein Nobel Ödülü ‘nü aldı: En sezgisel biçiminde, tek bir atom ışıkla aydınlatıldı. Einstein’a göre ışık, atomun elektronuna yalnızca nicelenmiş enerji aktaran parçacıklardan (fotonlar) oluşur.

Fotonun enerjisi yeterliyse, elektronları atomdan dışarı fırlatır.

Einstein’ın ötesinde: Fizikçiler, foton momentumunu çevreleyen gizemi çözüyor

İlgili: Işık Nedir? Işığın Tarihi Hakkında Bilgi

Peki bu süreçte fotonun momentumuna ne olur?

Goethe Üniversitesi’ndeki fizikçiler şimdi bu soruyu cevaplayabiliyorlar.

Bunu yapmak için önceden erişilemez çözünürlüğe sahip yeni bir spektrometre geliştirdi ve yaptı.

Doktora öğrencisi Alexander Hartung, cihazın yapımı sırasında iki kez baba oldu. Üç metre uzunluğunda ve 2,5 metre yüksekliğinde olan cihaz,yaklaşık bir otomobil kadar birçok parça içerir.

Riedberg Kampüsü’ndeki Fizik binasının deneme salonunda oturuyor ve içinde oldukça yüksek performanslı bir lazer olan siyah bir çadır ile çevreleniyor.

Fotonları aparattaki ayrı argon atomlarıyla çarpışır ve böylece her bir atomdan bir elektron çıkarır. Bu elektronların görünüşleri sırasındaki momentumu, cihazın uzun bir tüpünde aşırı hassasiyetle ölçülür.

Cihaz, Frankfurt’ta icat edilen ve bu arada dünyaya yayılmış olan COLTRİMS’İN (Çarpışma optik Lazer test reaksiyonu Etkileşen Momentum sistemi) ilkesinin daha da geliştirilmesidir: iyonize edici bireysel atomlardan veya moleküllerin parçalanmasından ve daha sonra parçacıkların momentumunun kesin olarak belirlenmesinden oluşur.

Bununla birlikte, foton momentumunun teorik hesaplamalar tarafından tahmin edilen elektronlara aktarılması o kadar küçük ki, daha önce bunu ölçmek mümkün değildi. Hartung bu yüzden “süper COLTRİMS ‘’bunu yapmaya karar verdi.

Bununla birlikte, Hartung’un deneyleri boyunca keşfettiği cevap, kuantum mekaniği için tipik olduğu gibi, daha şaşırtıcı. Elektron sadece beklenen momentumu almakla kalmaz, aynı zamanda foton momentumunun üçte birinin atom çekirdeğine gerçekten gitmesi gereken olanını alır .

Bu nedenle teknenin yelkenleri, kablolar yırtılmadan ve teknenin momentumunun bir kısmını çalmadan önce yaklaşmakta olan kazayı “bilir”.Hartung bir elektromanyetik dalga olarak ışık kavramını kullanır:

“biz küçük bir enerji bariyeri ile elektron tünel olduğunu biliyoruz.
Bunu yaparken, lazerin güçlü elektrik alanı tarafından çekirdekten çekilirken, manyetik alan bu ek momentumu elektronlara aktarır.”

Hartung, deney için akıllı bir ölçüm düzeni kullandı. Elektronun küçük ek momentumunun yanlışlıkla cihazdaki bir asimetriden kaynaklanmadığından emin olmak için , lazer darbesinin gaza iki tarafından çarpmasını sağladı: ya sağdan ya da soldan ve daha sonra her iki yönden aynı anda ölçme tekniği için en büyük zorluk.

Bu yeni hassas ölçüm yöntemi, lazer ışığının manyetik bileşenlerinin atom fiziğinde önceden keşfedilmemiş rolünün daha iyi anlaşılmasını sağlar.