Verschränkung und Koherenz in Attosekunde Experimente

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Vrakking
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523041401

Die Attosekundenforschung ist ein Zweig der Ultrakurzpulslaserphysik, der darauf abzielt, elektronische Bewegung auf ihrer natürlichen Zeitskala durch Pump-Probe-Experimente zu untersuchen und möglicherweise zu kontrollieren. Attosekundenpulse, die durch den Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer gebildet werden, haben Wellenlängen im extremen ultravioletten (XUV) bis zum weichen Röntgenspektralbereich. Dementsprechend sind Attosekundenpulse ionisierende Strahlung für jedes Medium (fest, flüssig oder gasförmig), das sich in ihrem Weg befindet. Wie meine Forschungsgruppe kürzlich in theoretischen und experimentellen Vorarbeiten gezeigt hat, zeigen das Ion und das Photoelektron oft gemeinsam eine quantenmechanische Verschränkung, die die Kohärenz beeinflusst, auf der Attosekunden-Pump-Probe-Experimente beruhen. Hier schlage ich vor, ein Projekt durchzuführen, das die Beziehung zwischen Verschränkung und Kohärenz in der Attosekundenphysik klären wird, indem ich eine Reihe von Experimenten durchführe, die Attosekunden-Pump-Probe-Spektroskopie unter Verwendung isolierter Attosekunden-Laserpulse mit kinematisch vollständiger Koinzidenzdetektion von Ionen und Photoelektronen kombinieren. Meines Wissens nach ist mein Labor am MBI das einzige Labor weltweit, in dem derzeit Experimente durchgeführt werden können, die isolierte Attosekundenpulse und Koinzidenzdetektion kombinieren. Genauer gesagt werden zwei Experimente durchgeführt. Einerseits werden Experimente in H2 durchgeführt, wo der isolierte Attosekunden-Laserpuls einen maximal verschränkten Ion+Photoelektronen-Zustand bildet. Ich werde untersuchen, wie die Wechselwirkung des Ions oder des Photoelektrons mit einem Nahinfrarotsondenlaser eine elektronische Kohärenz im Ion induziert, die sich experimentell als Asymmetrie in der H+-Ejektion im Laborrahmen manifestiert. Ich werde untersuchen, wie die elektronische Kohärenz von der Ausrichtung des Moleküls und dem Ausstoßwinkel des Photoelektrons abhängt, und wie die Mittelung über die Freiheitsgrade des Photoelektrons zu einem Übergang von einem „geschlossenen“ zu einem „offenen“ Quantensystem führt. Andererseits werden Experimente in N2 durchgeführt, wo die Ionisierung durch den isolierten Attosekunden-Laserpuls zur Bildung mehrerer verschiedener kationischer Zustände führt. Inwieweit diese Zustände in kohärenter Überlagerung vorliegen, wird mittels Dissoziation durch einen ultrakurzen (<2fs) UV-Laserpuls sowohl in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Moleküls als auch vom Ausstoßwinkel des Photoelektrons untersucht. Ich erwarte, dass der Grad der elektronischen Kohärenz im Kation oder umgekehrt der Grad der Verschränkung zwischen dem Ion und dem Photoelektron stark von diesen Parametern abhängt. Ich gehe davon aus, dass dieses Projekt zu einer Klärung der Rolle der Verschränkung in der Attosekundenphysik führen wird und somit zur Weiterentwicklung der Attosekundenphysik hin zur vollen Verwirklichung ihres Versprechens beitragen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen