Физики из Университета Ольденбурга в Германии создали трехмерные световые поля и с их помощью получили квантовые состояния электронов, которые прежде оставались доступными лишь в теоретических расчетах. Для этого исследователи свели в одной точке два ультракоротких лазерных импульса, направленных с разных сторон. Результаты работы опубликованы SciTechDaily со ссылкой на исследование в журнале Physical Review Research.
Каждый импульс длился всего несколько миллионных долей миллиардной доли секунды. Кроме того, лазерные пучки имели разные цвета, а их электрические поля при пересечении складывались в управляемую структуру, которая менялась сразу по трем пространственным направлениям. Такой способ формирования света расширяет возможности изучения взаимодействия излучения с веществом.
«Поля колеблются во всех трех пространственных направлениях, открывая новые возможности для исследования и управления конкретными взаимодействиями света и материи», — объяснил Дариус Кёнке, один из двух ведущих авторов работы и аспирант группы сверхбыстрой когерентной динамики. Эксперимент провели с атомами калия. Трехмерное поле выборочно переводило их электроны на более высокие энергетические уровни, после чего частицы высвобождались из атомов.
«С помощью нашего метода мы можем создавать электронные квантовые состояния, которые ранее описывались только теоретически, а также делать их пространственно видимыми», — рассказал руководитель исследовательской группы профессор Маттиас Волленхаупт. По его словам, ученые дополнили инструментарий экспериментальной оптики новым классом трехмерных световых полей. Наблюдая за состояниями электронов через короткие интервалы времени, команда смогла восстановить последовательность их изменений — подобно замедленной стробоскопической съемке.
Разработку планируют применять и для изучения хиральных молекул, существующих в двух зеркальных формах. Такие структуры встречаются в аминокислотах, углеводах и лекарственных веществах, причем их зеркальные варианты могут обладать разными свойствами. В качестве примера исследователи приводят талидомид — действующее вещество препарата «Контерган»: одна его форма вызывает врожденные дефекты при беременности, а другая считается безвредной.
Определять, какая именно зеркальная форма молекулы присутствует в образце, бывает крайне сложно. Теоретические расчеты показывают, что трехмерные световые поля также могут обладать хиральными свойствами, поэтому они способны стать инструментом для различения таких молекулярных структур. Статья «Многофотонная ионизация с трехмерными световыми полями» опубликована 13 июля 2026 года, ее авторами стали Дариус Кёнке, Ханс-Кристиан Альсведе, Томас Байер и Маттиас Волленхаупт.