一个国际研究团队在控制氦原子内的混合电子-光子量子态方面取得了重要进展。这个进步得益于生成强烈的极紫外辐射脉冲。这种方法不仅允许探索各种原子和分子中的量子力学现象，还提供了一种管理化学反应的手段。
由弗赖堡大学物理研究所的助理研究组长卢卡斯·布鲁德博士领导，一个国际科学家团队成功创建并直接控制了氦原子中的混合电子-光子量子态。他们通过在意大利的的里雅斯特的FERMI自由电子激光器生成专门制作的高强度极紫外光脉冲实现了这一点。研究人员利用了一种创新的激光脉冲塑形技术来操控这些混合量子态。他们的研究成果已发表在《自然》杂志上。
强烈的光场可以产生新的量子态
与原子结合的电子只能具有特定的能量水平，主要由原子自身决定。然而，当一个原子暴露在强激光下时，这些能量水平可以发生偏移，从而形成混合电子-光子态，也称为“伪装态”。这些状态在激光强度达到每平方厘米十到一万亿瓦特的范围时出现。为了创造和控制这些独特的量子态，需要在仅仅几万亿分之一秒的短时间内实现这些高强度的激光脉冲。
利用自由电子激光器产生极紫外辐射
在他们的研究中，科学家们使用了FERMI自由电子激光器，该激光器在极紫外光谱中产生高强度的激光光。该区域辐射的波长短于100纳米，这对于影响氦原子中的电子态是至关重要的。
为了有效管理电子-光子态，团队利用了根据情况扩展或收缩的激光脉冲。他们通过调整激光光的不同颜色成分的时间来完成这一点。这些激光脉冲的属性通过“种子激光脉冲”得以精细调整，为自由电子激光器的发射准备了条件。
布鲁德表示：“这项研究让我们首次能够控制氦原子中的这些稍纵即逝的量子态。我们开发的技术为一个新的研究领域铺平了道路：它为利用自由电子激光的实验提供了更高的效率和选择性，并为探索不可见光所无法接触的基本量子系统提供了新的见解。这可能甚至会导致在原子水平上研究或精确控制化学反应的方法。”
