Polacy wyjaśniają światu oddziaływania atomowe

Polscy naukowcy z Torunia dokonali odkrycia dotyczącego oddziaływania fotonu z elektronami atomu. Fizycy na całym świecie będą teraz musieli skorygować swoje bazy danych o niektóre właściwości atomów.

Foto: Glow Images/East News

Badania prowadzone były przez naukowców z Zakładu Spektroskopii Atomowej Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika pod kierunkiem dr hab. Marka Polasika, we współpracy z innymi ośrodkami w kraju i zagranicą. Artykuł przedstawiający to odkrycie ukazać ma się w prestiżowym czasopiśmie fizycznym "Physical Review Letters" wydawanym przez American Physical Society. 

O co dokładnie chodzi? Dotychczas wiadomo było, że absorpcja (pochłonięcie) fotonu przez atom może prowadzić do usunięcia dwóch elektronów z najbliższej atomowemu jądru powłoki elektronowej K. To zjawisko to tzw. podwójna fotojonizacja (DPI). Jest ono o tyle niezwykłe, że chociaż foton absorbowany jest tylko przez jeden elektron, to z powłoki usuwane są oba elektrony z tej powłoki. 

Proces DPI stał się obiektem intensywnych badań w związku z rozwojem synchrotronów nowej generacji. Z wcześniejszych badań wiadomo było, że proces DPI może nastąpić na skutek jednego z dwóch mechanizmów: kwantowego strząsania (SO, od ang. "shakeoff") oraz mechanizmu półklasycznego zderzeniowego (KO, od ang. "knockout"). Badaczom z UMK udało się wyjaśnić, że w procesie SO pierwszy z elektronów (tzw. fotoelektron) w wyniku zaabsorbowania fotonu wyrzucany jest bardzo szybko z powłoki K i ze względu na nagłą zmianę potencjału atomowego również drugi elektron z powłoki K opuszcza atom. Natomiast w drugim procesie - KO - pierwszy elektron z powłoki K, po zaabsorbowaniu fotonu, oddziałuje kulombowsko z drugim elektronem z tej powłoki (podobnie jak w zderzeniu kul bilardowych), po czym oba elektrony prawie jednocześnie opuszczają atom.

Usunięcie dwóch elektronów z powłoki K prowadzi do wytworzenia wysokowzbudzonego stanu atomu, z którego atom natychmiast przechodzi do stanu o niższej energii, czemu towarzyszy emisja fotonu. Zarejestrowane w takim przypadku widmo rentgenowskie zawiera tzw. linie hipersatelitarne, które wyróżniają się nadspodziewanie dużą szerokością. Zjawisko to nie doczekało się do tej pory w literaturze światowej poprawnego teoretycznego wytłumaczenia. Polakom udało się to zrobić - wskazali powiązania pomiędzy szerokością emitowanej linii hipersatelitarnej, a działaniem mechanizmu SO lub KO.

Badania Polaków dostarczają nową metodę ustalania jaki mechanizm (SO lub KO) doprowadził do wytworzenia stanu z dwiema dziurami w powłoce K. Wyniki te mają ważne konsekwencje dla podstaw spektroskopii atomowej i oznaczają konieczność weryfikacji baz danych dotyczących wartości atomowych parametrów. Wyniki tych pionierskich badań teoretycznych będą pomocne w lepszym zrozumieniu rezultatów eksperymentów prowadzonych w największych światowych laboratoriach. Gratulujemy toruńskim badaczom!

(ew/pap)