Исследователи синхротрона UVSOR в Японии и их коллеги проследили, как исчезает вакансия на внутренней 4d-оболочке атома ксенона. В эксперименте на синхротроне UVSOR-III два согласованных по фазе импульса крайнего ультрафиолета выбивали электроны. По тому, как менялся контраст интерференционных полос при увеличении промежутка между импульсами, команда оценила динамику вакансии. О работе, опубликованной 9 ноября 2026 года в журнале Physical Review A, сообщили Национальные институты естественных наук Японии.

Как полосы показывают распад вакансии

Эксперимент провели на линии BL1U. Два ондулятора создавали пары импульсов, а магнит фазосдвигателя позволял менять задержку с аттосекундным разрешением. Энергия фотонов составляла 93,4 эВ, ширина спектра была около 3%. Полусферический анализатор регистрировал спектры вылетевших фотоэлектронов при разных задержках.

Каждый импульс создавал электронный волновой пакет. Когда пакеты накладывались, сигнал усиливался или ослабевал, образуя полосы. В ксеноне их контраст падал за несколько фемтосекунд по мере увеличения задержки. Расчёт с использованным в предыдущих работах временем жизни вакансии около 6 фс воспроизвёл это затухание. Это сопоставление с ранее опубликованным значением, а не отдельная оценка неопределённости времени жизни.

Чтобы учесть затухание, которое может возникнуть и без распада вакансии, исследователи измерили сигнал гелия. В этом газе нет сопоставимого процесса распада, однако контраст полос тоже медленно снижался. Авторы связывают это главным образом с энергетическим разбросом и эмиттансом электронного пучка; влияли также неполное перекрытие импульсов и разница в их интенсивности. Поэтому приборное затухание нужно отделять от быстрого падения контраста в ксеноне.

Удобно представить два источника кругов на воде: если запустить их с небольшим интервалом, круги наложатся и создадут чередующийся рисунок. В опыте источниками были два световых импульса, а интерферировали созданные ими электронные волны. Изменение рисунка помогало судить о том, как быстро распадается состояние атома с вакансией. Это только аналогия, а не описание эксперимента.

В сигнале ксенона исследователи также заметили колебания контраста с периодом около 2 фс. Они связали их со спин-орбитальным расщеплением. Сама вакансия образуется, когда из внутренней оболочки выбивают электрон. При преобладающем в ксеноне оже-распаде электрон с внешней оболочки занимает освободившееся место, а другой покидает атом.

Описание метода и результатов опубликовано на Phys.org со ссылкой на Национальные институты естественных наук Японии. Подробнее о подготовке научных статей.

Схема объясняет, как по изменению интерференционного контраста при увеличении задержки между импульсами исследуют распад вакансии в ксеноне.

Фото: Pixabay / Pexels