由弗莱堡大学物理研究所初级研究小组组长Lukas Bruder博士领导的一个国际科学家团队成功地产生并直接控制了氦原子中的电子-光子混合量子态。为此，他们在意大利的里雅斯特使用费米自由电子激光器产生了特别制备的高强度极紫外光脉冲。研究人员利用一种新的激光脉冲整形技术实现了对混合量子态的控制。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。
强光场可以产生新的量子态
只要电子被束缚在原子上，它们的能量就只能是一定的值。这些能量值主要取决于原子本身。然而，如果一个原子处于非常强的激光光束中，能级就会发生变化。混合电子-光子态被创造出来，被称为“装扮态”。这种现象发生在每平方厘米10到100万亿瓦的激光强度范围内。为了能够产生和控制这些特殊的量子态，激光脉冲必须在只有万亿分之一秒的短时间窗口内达到这样的强度。
用于产生极紫外激光辐射的自由电子激光器
在他们的实验中，科学家们使用了费米自由电子激光器，它可以在极紫外光谱范围内产生非常高强度的激光。这种极端紫外线辐射的波长小于100纳米，这是操纵氦原子中的电子状态所必需的。
为了控制电子-光子状态，研究人员使用激光脉冲，根据情况分散或收缩。为此，他们调整了激光辐射中不同颜色成分的时间差。激光脉冲的特性是用“种子激光脉冲”来控制的，它预先调节了自由电子激光的发射。
“我们的研究使我们第一次能够直接控制氦原子中的这些瞬态量子态，”Bruder说。“我们开发的技术开辟了一个新的研究领域：这包括利用自由电子激光进行更高效、更有选择性的实验的新机会，或者获得对基本量子系统的新见解，这些系统是可见光无法获得的。”特别是，现在有可能开发出以原子精度研究甚至控制化学反应的方法。”
原始出版物：Richter et al., Strong-field quantum co .控制在极紫外光使用脉冲整形。自然,2024年。doi.org/10.1038/s41586 - 024 - 08209 - y
作者Fabian Richter， Sarang Dev Ganeshamandiram, Nicolai G?lz， Sebastian Hartweg博士，Bernd von Issendorff教授，Friedemann Landmesser, Yilin Li, Moritz Michelbach, Arne Morlok, Aaron Ngai， Giuseppe Sansone教授，Frank Stienkemeier教授，Daniel Uhl， Brendan Wouterlood和Lukas Bruder博士在弗莱堡大学物理研究所进行研究。同样参与该出版物的还有来自德累斯顿马克斯普朗克复杂系统物理研究所、奥尔登堡大学、米兰IFN-CNR、因斯布鲁克大学、哥德堡大学、里雅斯特CNR-IOM、纳粹研究所的研究人员罗马的nale die Fisica Nucleare，汉堡的Deutsches电子同步加速器DESY，汉堡
该研究由联邦教育和研究部（BMBF） LoKo-FEL （05K16VFB）和STAR (05K19VF3)，欧洲研究理事会（ERC）启动资助MULTIPLEX(101078689)，德国研究基金会（DFG） RTG 2717，补助金429805582（项目SA 3470/4-1）和项目STI 125/24-1以及巴登-符腾堡州基金会的博士后精英计划资助。
