La física atómica: La presión de radiación con retroceso

Ya en el siglo 16, el gran erudito Johannes Kepler postuló que la luz solar ejerce una cierta presión, como la cola de los cometas Observó señalado reiteradamente lejos del sol. En 2010, la sonda espacial japonesa Ikaros utiliza una vela sol por primera vez con el fin de utilizar la energía de la luz solar para ganar un poco de velocidad.

Físicamente e intuitiva, la presión de la luz o la radiación puede ser explicada por la característica de las partículas de la luz: partículas de luz (fotones) golpean los átomos de un cuerpo y la transferencia de una parte de su propio impulso (velocidad veces la masa) en que el cuerpo, que por lo tanto se vuelve más rápido.

Sin embargo, cuando en los físicos del siglo 20 estudiado esta transferencia de energía cinética en el laboratorio durante los experimentos de fotones de ciertas longitudes de onda que asolaron electrones individuales a partir de átomos, se encontraron con un fenómeno sorprendente: el impulso de la expulsa electrones era mayor que la de la fotón que la golpeó. Esto es realmente imposible, ya que Isaac Newton se ha sabido que dentro de un sistema, por cada fuerza debe existir una fuerza igual pero opuesta: el retroceso, por así decirlo. Por esta razón, el Múnich científico Arnold Sommerfeld en 1930 llegó a la conclusión de que el impulso adicional del electrón expulsado debe venir del átomo lo dejó. Este átomo debe volar en la dirección opuesta; en otras palabras, hacia la fuente de luz. Sin embargo, esto era imposible de medir con los instrumentos disponibles en ese momento.

Noventa años más tarde, los físicos en el equipo del estudiante de doctorado Sven Grundmann y el profesor Reinhard Dörner del Instituto de Física Nuclear han tenido éxito por primera vez en la medición de este efecto utilizando el microscopio reacción COLTRIMS desarrollado en la Universidad Goethe de Frankfurt. Para ello, se utilizan los rayos X en el DESY aceleradores en Hamburgo y ESRF en francés Grenoble, con el fin de golpear electrones de moléculas de helio y nitrógeno. Se seleccionaron las condiciones que requerirían un solo fotón por electrón. En el microscopio de reacción COLTRIMS, ellos fueron capaces de determinar la cantidad de movimiento de los electrones emitidos y los átomos de helio cargados y nitrógeno, que se denominan iones, con una precisión sin precedentes.

Profesor Reinhard Dörner explica: "No sólo fueron capaces de medir el impulso de los iones, sino también ver de dónde viene, es decir, desde el retroceso del electrón expulsado Si los fotones en estos experimentos de colisión tienen bajo consumo de energía, el impulso de fotones puede ser. descuidado durante el modelado teórico. con altas energías de fotones, sin embargo, esto da lugar a la imprecisión. en nuestros experimentos, hemos ahora ha sucedido en la determinación del umbral de energía para cuando el momento del fotón puede ya no ser descuidado. Nuestro descubrimiento experimental nos permite plantear ahora muchos más preguntas, como qué cambia cuando se distribuye la energía entre dos o más fotones ".