Tema

Ljuspartiklar kan jonisera utan Einsteins fotoelektriska effekt

En internationell forskargrupp ledd av fysiker från Göteborgs universitet har upptäckt ett nytt sätt att jonisera stora molekyler som inte kan förklaras med den fotoelektriska effekten som upptäcktes av Albert Einstein. Upptäckten har betydelse för astrofysik, i beskrivningen av hur laddade partiklar uppför sig i nyfödda stjärnor.

Upptäckten som nyligen har publicerats som en huvudnyhet i Physical Review Letters har en grundläggande betydelse för förståelsen av jonisationsprocesser. Det vill säga den process då en atom genom förlust av en eller flera elektroner övergår från att vara neutral till att bli positivt elektriskt laddad.

– Experimentet har precis öppnat dörrarna till ett nytt forskningsområde och vi har sett en glimt av den nya fysiken. Fler experiment planeras för att undersöka detta fenomen vidare, säger Klavs Hansen, en av deltagarna i studien, verksam både vid Göteborgs universitet och i Tianjin University i Kina.

Den fotoelektriska effekten visar att molekyler, stora som små, kan joniseras genom att ljus kan bete sig som både partiklar (fotoner) och vågor och att elektroner emitterar från ett ämne när det belyses med elektromagnetisk strålning av hög frekvens. Detta upptäcktes av Albert Einstein, och 1921 belönades han med nobelpriset för denna forskning.

Kokar ut elektron ur stora molekyler
Men nu visar alltså forskarna att även en foton, en ljuspartikel, kan jonisera stora molekyler på ett sätt som inte kan förklaras med Einsteins fotoelektriska effekt, något som tidigare inte varit känt.

Den process som forskargruppen upptäckt innebär att en foton absorberas av ett kollektiv av elektroner i en molekyl och att fotonenergin omvandlas till värme. I början sprids värmen bara genom elektronerna men efter bara en tiondels picosekund, alltså en biljondels sekund, börjar också molekylen att värmas upp genom de varma elektronerna. Därefter överförs den större delen av värmen till atomkärnan och molekylen har då blivit en vanlig het molekyl.

– Under den här processen kan molekylen emittera en varm elektron, man kan tänka sig att partikeln blir kokad ut ur molekylen. Det är dessa elektroner vi observerat i experimenten. Temperaturen i molekylen i denna process är ytterst hög, flera tiotusen grader, säger Vitali Zhaunerchyk vid Göteborgs universitet, ledare för forskargruppen.

Ny källa av negativa joner
Forskarna överraskades när experimenten visade att fotoner faktisk absorberades och elektronerna värmdes till så hög temperatur vid absorption av enbart en enkel foton.

Upptäckten har betydelse för astrofysik, i beskrivningen av hur laddade partiklar uppför sig i nyfödda stjärnor.

– Vår upptäckt föreslår en ny källa av negativa joner i områden med nyfödda stjärnor som inte har betraktats förut, säger Vitali Zaunerchyk.

Artikeln: Single photon thermal ionization of C60

Kontakt: Vitali Zhaunerchyk, vitali.zhaunerchyk@physics.gu.se, 031-786 9150

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Ljuspartiklar kan jonisera utan Einsteins fotoelektriska effekt

 lästid ~ 2 min