科學家利用強紫外線雷射控制了氦中的混合量子態，為量子研究開闢了新的途徑。
由盧卡斯·布魯德（Lukas Bruder）博士領導的國際科學家團隊，他是該研究所的初級研究組組長弗萊堡大學物理研究所，已成功創建並控制氦原子中的混合電子-光子量子態。
該團隊透過使用義大利的里雅斯特的費米自由電子雷射器產生專門設計的高強度極紫外光脈衝來實現這一目標。透過採用創新的雷射脈衝整形技術，他們能夠精確控制這些混合量子態。突破性的發現發表在自然。
強光場可以創造新的量子態
只要電子束縛在原子，它們的能量只能有一定的值。這些能量值主要取決於原子本身。然而，如果原子處於非常強的雷射光束中，能階就會改變。
混合電子-光子態被創建，稱為「修飾態」。這些發生在雷射強度在每平方公分十到一百萬億瓦的範圍內。為了能夠產生和控制這些特殊的量子態，雷射脈衝必須在僅數萬億分之一秒的短時間窗口內達到這種強度。
用於產生極紫外線範圍雷射輻射的自由電子雷射器
在他們的實驗中，科學家使用了費米自由電子雷射器，它可以產生極紫外光譜範圍內非常高強度的雷射。這種極紫外線輻射的波長小於 100 奈米，這是操縱氦原子中電子態所必需的。
為了控制電子-光子狀態，研究人員使用了根據情況分散或收縮的雷射脈衝。為此，他們調整了雷射輻射的不同顏色分量的時間延遲。雷射脈衝的特性是使用「種子雷射脈衝」控制的，它預先調節了自由電子雷射的發射。
「我們的研究使我們第一次能夠直接控制氦原子中的這些瞬態量子態，」布魯德說。 「我們開發的技術開啟了一個新的研究領域：這包括使自由電子雷射實驗更加高效和選擇性的新機會，或獲得對可見光無法訪問的基本量子系統的新見解的新機會。特別是，現在有可能開發出以原子精度研究甚至控制化學反應的方法。
參考文獻：「使用脈衝整形在極紫外域中進行強場量子控制」作者：Fabian Richter、Ulf Saalmann、Enrico Allaria、Matthias Wollenhaupt、Benedetto Ardini、Alexander Brynes、Carlo Callegari、Giulio Cerullo、Miltcho Danailov、Alexander Demidovichovich、 Katrin Dulitz , Raimund Feifel, Michele Di Fraia, Sarang Dev Ganeshamandiram, Luca Giannessi, Nicolai Gölz、塞巴斯蒂安·哈特韋格、貝恩德·馮·伊森多夫、蒂姆·拉爾曼、弗里德曼·蘭德梅瑟、李一琳、米歇爾·曼弗雷達、克里斯蒂安·曼佐尼、莫里茲·米歇爾巴赫、阿恩·莫洛克、馬塞爾·穆德里奇、亞倫·魏、伊瓦伊洛·尼科洛夫、尼蒂什·帕爾、法比安·潘內克、朱塞佩·彭科、奧克薩娜·普萊坎、 凱文·C·普林斯、朱塞佩·桑索內、阿爾貝托·西蒙西格、法蘭克Stienkemeier、Richard James Squibb、Peter Susnjar、Mauro Trovo、Daniel Uhl、Brendan Wouterlood、Marco Zangrando 和 Lukas Bruder，2024 年 12 月 11 日，自然。
DOI：10.1038/s41586-024-08209-y
該研究由聯邦教育和研究部 (BMBF) LoKo-FEL (05K16VFB) 和 STAR (05K19VF3)、歐洲研究理事會 (ERC) 起始撥款 MULTIPLEX (101078689)、德國研究基金會 (DFG) 等資助RTG 2717、撥款429805582（項目SA 3470/4-1）和項目STI 125/24-1 以及巴登-符騰堡基金會的博士後精英計劃。
