Najslávnejší fyzik na svete – Albert Einstein – získal v roku 1921 Nobelovu cenu za fyziku a to aj za vysvetlenie fotoelektrického javu. Fotoelektrický jav je experimentálne pozorovaný jav, kedy svetlo vhodnej vlnovej dĺžky (fotón) pri dopade na kov alebo polovodič vyráža z atómov látky elektróny, ktoré sa potom voľne pohybujú v látke a zvyšujú jej vodivosť alebo ju opustia. Čo sa ale pri tomto procese stane s hybnosťou fotónu? To teraz objasňujú nemeckí fyzici.
Na Goetheho univerzite vo Frankfurte nad Mohanom sú teraz schopní odpovedať na túto otázku. Ako vedci informujú v štúdii uverejnenej v Science Daily, vyvinuli a skonštruovali totiž spektrometer s doteraz najväčším rozlíšením. Zariadenie je tri metre dlhé a dva a pol metra vysoké a obsahuje približne toľko súčiastok ako bežný osobný automobil. Nachádza sa v experimentálnej sále fyzikálneho inštitútu univerzity.
V miestnosti sa nachádza čierny stan a v jeho vnútri je mimoriadne výkonný laser. Jeho fotóny sa zrážajú s atómami argónu, čím odstraňujú z každého atómu jeden elektrón. Silu týchto elektrónov potom merajú s extrémnou presnosťou v meracej komore prístroja.
Zariadenie je ďalším stupňom vývoja princípu COLTRIMS, ktorí vyvinuli frankfurtskí vedci. Ide o reakčný mikroskop schopný experimentálne dokazovať závery teoretickej fyziky. Dokáže určovať presnú hybnosť častíc pri rozpade molekúl. Avšak prenos fotónovej hybnosti na elektróny je taký malý, že ho nebolo až doteraz možné zmerať. Preto vyvinuli „super COLTRIMS“, na ktorého výrobe sa podieľal hlavne doktorand Alexander Hartung.
Beyond Einstein: Physicists solve mystery surrounding photon momentum – https://t.co/xciA6GTfOQ https://t.co/ANuI3Gbf1M #Hartung #Einstein #Physics pic.twitter.com/uq2nCiSnSM
— NUS Trivia | tech news (@NusTrivia) October 2, 2019
Keď fotóny z laseru bombardujú atóm argónu, ionizujú ho a rozpad atómu čiastočne spotrebúva energiu fotónu. Zostávajúca energia sa tak prenáša na uvoľnený elektrón. Otázka, ktorý reakčný partner – či elektrón či atómové jadro, zachová hybnosť fotónu, zaujíma vedcov už viac ako 30 rokov.
„Najjednoduchšie vysvetlenie je, že pokiaľ je elektrón pripojený k jadru, hybnosť sa prenáša do ťažšej častice, teda do atómového jadra. Akonáhle sa ale uvoľní, fotónová hybnosť sa prenesie na elektrón,“ vysvetľuje profesor Reinhard Dörner z Ústavu jadrovej fyziky, ktorý je Hartungov vedúci.
Celé je to možné prirovnať k vetru, ktorý svoju hybnosť prenáša na plachtu umiestnenú na plachetnici. Pokiaľ je plachta pevne pripojená, vietor hybnosťou poháňa loď vpred. V okamihu, keď sa laná pretrhnú, hybnosť vetra sa prenáša na samotnú plachtu
Odpoveď, s ktorou ale fyzici prišli počas experimentu je však, ako to už pre kvantovú fyziku býva, ešte prekvapivejšia. Elektrón nielen, že príjme očakávanú hybnosť, ale príjme ešte jednu tretinu fotónovej hybnosti, ktorá ale mala smerovať do jadra atómu. Je to akoby plachta lode „vedela“, že sa laná pretrhnú a zoberie si trochu hybnosti lode.
Na meranie experimentu použili poistku. Aby nebolo meranie malej dodatočnej hybnosti elektrónu skreslené asymetriou prístroja, nechali impulz lasera naraziť na argón z dvoch strán – najprv zľava, potom aj z pravej strany a napokon súčasne z oboch. To poskytlo hodnoverné výsledky merania.
Táto nová metóda merania sľubuje lepšie pochopenie úlohy magnetických komponentov laserových lúčov v kvantovej fyzike. Je jasné, že vedcov ešte čaká veľa práce a overovanie ich zisťovaní, avšak ich práca smeruje k novým poznatkom na poli tejto neprebádanej časti fyziky na subatomárnej úrovni.
Nahlásiť chybu v článku