图片来源：Elettra Sincrotrone Trieste
由弗莱堡大学物理研究所初级研究组组长 Lukas Bruder 博士领导的国际科学家团队已成功产生并直接控制氦原子中的混合电子-光子量子态。
为此，他们在意大利的里雅斯特使用 FERMI 自由电子激光器产生了专门制备的高强度极紫外光脉冲。研究人员使用一种新的激光脉冲整形技术实现了对混合量子态的控制。他们的研究结果已发表在《自然》杂志上。
强光场可以产生新的量子态只要电子与原子结合，它们的能量就只能是一定的值。这些能量值主要取决于原子本身。但是，如果原子位于非常强的激光光束中，则能级会发生变化。产生混合电子-光子态，称为“修饰态”。这些发生在每平方厘米 10 到 100 万亿瓦特的激光强度下。
为了能够产生和控制这些特殊的量子态，激光脉冲必须在只有几万亿分之一秒的短时间窗口内达到这种强度。
自由电子激光器，用于产生极紫外范围内的激光辐射在他们的实验中，科学家们使用了 FERMI 自由电子激光器，它可以在极紫外光谱范围内以非常高的强度产生激光。这种极端紫外线辐射的波长小于 100 纳米，这对于操纵氦原子中的电子态是必要的。
为了控制电子-光子状态，研究人员使用了根据场景分散或收缩的激光脉冲。为此，他们调整了激光辐射的不同颜色分量的时间滞后。激光脉冲的特性使用“种子激光脉冲”进行控制，该脉冲预先调节了自由电子激光器的发射。
“我们的研究使我们能够首次直接控制氦原子中的这些瞬态量子态，”Bruder 说。
“我们开发的技术开辟了一个新的研究领域：这包括使用自由电子激光器进行更高效和选择性的实验的新机会，或者获得对可见光无法获得的基本量子系统的新见解。特别是，现在有可能开发出以原子精度研究甚至控制化学反应的方法。
更多信息：Fabian Richter 等人，使用脉冲整形在极紫外域中进行强场量子控制，Nature （2024）。DOI： 10.1038/s41586-024-08209-y
Journal information: Nature
