Команда предложила метод генерации запутанных фотонов на длинах волн экстремального ультрафиолета (XUV), где в настоящее время такого источника не существует. Их работа представляет собой дорожную карту того, как генерировать эти запутанные фотоны и использовать их для отслеживания динамики электронов в молекулах и материалах в невероятно короткие сроки - аттосекунды.

"Запутанные фотоны в нашей работе гарантированно прибудут в заданное место в течение очень короткого промежутка времени в аттосекунды, если они преодолеют одинаковое расстояние", - говорит доктор Ниранджан Шиварам, доцент кафедры физики и астрономии. "Эта корреляция во времени их прибытия делает их очень полезными для измерения сверхбыстрых событий. Одним из важных применений является аттосекундная метрология, позволяющая расширить пределы измерения явлений в кратчайшем временном масштабе. Этот источник запутанных фотонов также может быть использован в квантовой визуализации и спектроскопии, где было показано, что запутанные фотоны повышают способность получать информацию, но теперь на длинах волн XUV и даже рентгеновского излучения ".

Авторы публикации, озаглавленной "Аттосекундные запутанные фотоны при двухфотонном распаде метастабильных атомов: источник для аттосекундных экспериментов и не только", все из факультета физики и астрономии Университета Пердью и работают с Институтом квантовой науки и техники Пердью (PQSEI). Это доктор Йименг Ван, недавний выпускник Университета Пердью; Сиддхант Пандей, кандидат наук в области экспериментальной сверхбыстрой спектроскопии; доктор Крис Х. Грин, заслуженный профессор физики и астрономии Альберта Оверхаузера; и доктор Шиварам.

"На факультете физики и астрономии университета Пердью действует мощная программа по атомной, молекулярной и оптической физике (AMO), которая объединяет экспертов в различных областях AMO", - говорит Шиварам. "Экспертные знания Криса Грина в области теоретической атомной физики в сочетании с опытом Ниранджана в относительно молодой области экспериментальной науки об аттосекундах привели к этому совместному проекту. В то время как многие университеты имеют программы AMO, программа AMO Пердью уникально разнообразна тем, что в ней работают эксперты в нескольких областях науки AMO."

Каждый исследователь сыграл значительную роль в этом продолжающемся исследовании. Грин первоначально предложил идею использования фотонов, испускаемых атомами гелия, в качестве источника запутанных фотонов, а Шиварам предложил приложения к аттосекундной науке и предложил экспериментальные схемы. Затем Ван и Грин разработали теоретическую основу для расчета излучения запутанных фотонов атомами гелия, в то время как Пандей и Шиварам оценили скорости излучения / поглощения запутанных фотонов и разработали детали предложенных аттосекундных экспериментальных схем.

Публикация знаменует собой начало этого исследования для Шиварама и Грина. В этой публикации авторы предлагают идею и разрабатывают теоретические аспекты эксперимента. Шиварам и Грин планируют продолжать сотрудничать над экспериментальными и дальнейшими теоретическими идеями. Лаборатория Шиварама, группа сверхбыстрой квантовой динамики, в настоящее время создает аппарат для экспериментальной демонстрации некоторых из этих идей. По словам Шиварама, есть надежда, что другие исследователи в области аттосекундной науки начнут работать над этими идеями. Согласованные усилия многих исследовательских групп могли бы еще больше повысить отдачу от этой работы. В конце концов, они надеются сократить временную шкалу запутанных фотонов до зептосекунды, 10^-21 секунд.

"Как правило, эксперименты в аттосекундных временных масштабах проводятся с использованием аттосекундных лазерных импульсов в качестве "стробоскопов" для "изображения" электронов. Пределы тока для этих импульсов составляют около 40 аттосекунд. Предложенная нами идея использования запутанных фотонов может сократить это время до нескольких аттосекунд или зептосекунд", - говорит Шиварам.

Чтобы понять время, нужно понимать, что электроны играют фундаментальную роль в определении поведения атомов, молекул и твердых материалов. Временной масштаб движения электронов обычно составляет фемтосекунду (одна миллионная миллиардной доли секунды - 10^-15 секунды) и аттосекунда (одна миллиардная миллиардной доли секунды, или 10^-18 секунд) шкала. По словам Шиварама, очень важно получить представление о динамике электронов и отслеживать их движение в этих ультракоротких временных масштабах.

"Цель области сверхбыстрой науки состоит в том, чтобы снимать такие "фильмы" об электронах, а затем использовать свет для управления поведением этих электронов, чтобы управлять химическими реакциями, создавать материалы с новыми свойствами, создавать устройства молекулярного масштаба и т.д.", - говорит он. "Это взаимодействие света и материи на самом базовом уровне, и возможностей для открытия много. Одна зептосекунда равна 10^-21 секунд. Тысяча зептосекунд - это аттосекунда. Исследователи только сейчас начинают изучать явления зептосекунды, хотя экспериментально это недоступно из-за отсутствия зептосекундных лазерных импульсов. Наш уникальный подход к использованию запутанных фотонов вместо фотонов в лазерных импульсах мог бы позволить нам достичь зептосекундного режима. Это потребует значительных экспериментальных усилий и, вероятно, возможно в течение пяти лет".