Atoomfisika: Radiation druk met recoil

So vroeg as die 16de eeu, die groot geleerde Johannes Kepler gepostuleer dat sonlig uitgeoefen n sekere druk, as die stert van die komeet hy waargeneem konsekwent weg wys van die son. In 2010 het die Japannese ruimte sonde Ikaros n son seil vir die eerste keer ten einde die krag van sonlig gebruik om 'n bietjie spoed te kry.

Fisies en intuïtief, kan die druk van lig of bestraling verklaar word deur die deeltjie eienskap van lig: lig deeltjies (fotone) slaan die atome van 'n liggaam en 'n gedeelte van hul eie momentum (massa tye spoed) oor te dra op die liggaam, wat dus raak vinniger.

Maar wanneer in die 20ste eeu fisici bestudeer hierdie momentum-oordrag in die laboratorium tydens eksperimente op fotone van sekere golflengtes wat individuele elektrone uit atome klop, is hulle begroet deur 'n verrassende verskynsel: die momentum van die vrygestelde elektron groter as dié van die was foton wat dit getref. Dit is eintlik onmoontlik, aangesien Isaac Newton dit bekend is dat binne 'n stelsel, vir elke krag daar moet 'n gelyke maar teenoorgestelde krag bestaan: die recoil, om so te praat. Om hierdie rede, die München wetenskaplike Arnold Sommerfeld gesluit in 1930 dat die bykomende momentum van die vrygestelde elektrone moet kom uit die atoom dit verlaat. Hierdie atoom moet in die teenoorgestelde rigting te vlieg; Met ander woorde, in die rigting van die lig bron. Dit was egter onmoontlik om te meet met die beskikbare op daardie tydstip instrumente.

Negentig jaar later die fisici in die span van doktorale student Sven Grund Mann en Professor Reinhard Dörner van die Instituut vir Kernfisika het daarin geslaag om vir die eerste keer in die meting van hierdie effek met behulp van die COLTRIMS reaksie mikroskoop ontwikkel by Goethe Universiteit Frankfurt. Om dit te doen, het hulle gebruik X-strale by die versnellers DESY in Hamburg en ESRF in Frans Grenoble, ten einde elektrone klop van helium en stikstof molekules. Hulle geselekteerde voorwaardes wat net een foton per elektron sou vereis. In die COLTRIMS reaksie mikroskoop, was hulle in staat om die momentum van die vrygestelde elektrone en die gelaaide helium en stikstofatome, wat ione genoem, met ongekende akkuraatheid te bepaal.

Professor Reinhard Dörner verduidelik: "Ons was nie net in staat om momentum die ioon se meet, maar ook sien waar dit vandaan kom, naamlik uit die recoil van die vrygestelde elektron As fotone in hierdie botsing eksperimente het 'n lae energie, kan die foton momentum wees. verwaarloos vir teoretiese modelle. met 'n hoë foton energie, maar dit lei tot onakkuraatheid. in ons eksperimente, ons het nou daarin geslaag om in die bepaling van die energie drumpel vir wanneer die foton momentum nie meer kan verwaarloos word nie. ons eksperimentele deurbraak stel ons in staat om nou inhou baie meer vrae, soos wat verander wanneer die energie versprei word tussen twee of meer fotone. "