Физики из Венского технического университета (TU Wien) и Калифорнийского университета в Сан-Диего зарегистрировали рентгеновские фотоны с энергией выше того потолка, который предсказывает стандартная модель генерации высоких гармоник. Статья вышла в Nature Photonics 7 августа 2026 года, венский университет рассказал о работе 11 августа.

Обычно дело выглядит так. Лазерный импульс отрывает от атома один электрон, разгоняет его в своём поле, а потом заставляет вернуться к иону. Энергию, потерянную при столкновении, уносит фотон, частота которого в много раз выше частоты лазера. На этом механизме держится получение когерентного излучения в крайнем ультрафиолете и мягком рентгене, с него началась аттосекундная физика, отмеченная Нобелевской премией 2023 года. Но у процесса есть предел: выше определённой энергии фотоны почти не рождаются. В модели с одним электроном граница проходит на уровне 3,2 пондеромоторной энергии электрона в поле лазера.

Сдвоенный удар по иону

Авторы взяли гелий. Импульсы ультрафиолетового лазера с длиной волны 400 нм и длительностью 28 фс они направляли в полый волновод, заполненный газом, а выходящее излучение разбирал по энергиям спектрометр. При интенсивности выше 2 × 10¹⁵ Вт/см² в спектре появлялось слабое второе плато. Оно продолжалось за обычный срез, лежавший около 120–140 эВ, и доходило примерно до 280 эВ. Это уже «водное окно»: диапазон, в котором рентген хорошо проходит через воду и мягкие ткани.

В аргоне и неоне похожие измерения такого продолжения не дали. Гелий удобен тем, что у него всего два электрона и нет внутренних оболочек, которые экранировали бы их взаимодействие. Расчёты уравнения Шрёдингера, зависящего от времени, указывают на двойную рекомбинацию как на самое правдоподобное объяснение. Поле освобождает два связанных электрона в разные моменты, они идут по разным квантовым траекториям, а к иону возвращаются одновременно и отдают энергию одному фотону. Предел для такого канала авторы оценивают в 4,7 и 5,5 пондеромоторной энергии для второй и третьей кратности рассеяния. Измеренная зависимость от интенсивности лазера совпала с коэффициентом 5,5.

Сигнал остался очень слабым. Отношение яркостей обычного и нового плато в опыте — около четырёх порядков, тогда как расчёт для одиночного атома давал почти десять. Чтобы объяснить, почему второе плато вообще удалось увидеть, авторы ссылаются на перекачку режима: генерацию намеренно вели с превышением, и более широкая фазовая синхронизация ультрафиолетового драйвера позволила процессу накопить сигнал за несколько циклов поля. Проверка поляризацией подтвердила, что излучение рождается рассеянием: при большой эллиптичности оба плато исчезают.

Вторичное плато исследователи рассматривают как чувствительный спектроскопический датчик корреляции электронов. Его форма, верхняя граница и отклик на поляризацию лазера могут показать, как два электрона взаимодействуют на аттосекундных временах. Перенос на молекулы и твёрдые тела авторы называют направлением дальнейшей работы, а не полученным результатом.

Для студентов и аспирантов, которым предстоит разбирать подобные статьи и писать по ним обзоры, пригодится подбор литературы для научной работы.

Представим школьную эстафету, где два бегуна должны коснуться финишной черты одновременно: каждый по отдельности до неё добегает, но очко засчитывают только за совместное касание. В опыте с гелием «финиш» — это момент возврата к иону, а «очко» — фотон. Совпадение должно быть очень точным, поэтому событие редкое: второй, более энергетичный фотон появляется редко, но именно он позволяет перешагнуть предел, который ставит одиночный электрон.

Схема показывает, как два коррелированных электрона гелия возвращаются к иону одновременно и дают один рентгеновский фотон высокой энергии.

Фото: Moussa Idrissi / Pexels