مترجم: فرید احسان لو
منبع:راسخون

 

اكنون سال‌هاست می‌دانیم هر اتمی كه در معرض لیزری به شدت بالاتر از W/cm2 1010 قرار بگیرد، با از دست دادن یكی از الكترون‌های خارجی، به مقدار زیاد یونیده می‌شود. در حدود سال 1982، از آزمایش‌های انجام شده در ساكلی شواهدی به دست آمد كه در گازهای كمیاب، به میزان زیادی یونش چند گانه (كنده شدن بیش از یك الكترون از هر اتم) صورت می‌گیرد. چون طول موج لیزرهای به كار رفته در این آزمایش‌ها در گستره فروسرخ (nm1064) یا مرئی (nm532) بود، برای كندن نخستین الكترون به جذب چند فوتون احتیاج بود (همان فرایند به اصطلاح چند فوتونی) و كندن الكترون دوم مستلزم فوتون‌های بیشتری بود و همین‌طور الی آخر.
این گونه جذب‌های چند فوتونی از اواسط دهه 60 بررسی می‌شده است. اما، بنا بر تجربیات جمع آوری شده چنین احساس می‌شد كه وقوع فرایندهایی كه مستلزم تعداد زیادی فوتون (حدود 10 فوتون یا بیشتر) است، می‌باید در آن شدت‌ها نسبتاً نامحتمل باشد. از این رو مشاهده اینكه فرایندهایی كه مستلزم جذب 20 یا 30 فوتون در هر اتم است در شدت‌های لیزری 1012 تا W/cm21014 بسیار راحت رخ می‌دهند، شگفت‌انگیز بود. در سال 1983، گزارش‌های مبتنی بر یونش چندگانه با جداسازی تا 9 الكترون از هر گاز كمیاب و همچنین از تعدادی اتم‌های دیگر، مشاهده این گونه پدیده‌ها را به نواحی طول موج فرابنفش (nm193) و شدت‌های بالاتر، تا W/cm21016، گسترش داد. علاوه بر این در برخی موارد، تابش‌هایی با طول موج كوتاه‌تر از لیزر فرودی نیز گسیل شده است.
این آزمایش‌ها پرسش‌های مهمی را مطرح كرده است كه بالقوه می‌تواند پیامدهای شگرفی به بار آورد: (الف) چرا كندن الكترون‌ها از اتم‌ها چنین آسان است و ساز و كار بنیادی در این فرایند چیست؟ (ب) آیا الكترون‌ها به طور تك‌تك كنده می‌شوند یا گروهی؟ (ج) اگر سهم برانگیختگی گروهی قابل توجه باشد، آیا از این امر می‌توان در تولید لیزر طول موج كوتاه به ویژه لیزر پرتو x استفاده كرد؟ (د) نقش یونش فوق آستانه چیست؟ (ه) زمان دوام تپ و شكل آن در كل فرایند چه نقشی دارند؟
این پرسش‌ها و پرسش‌های دیگر مربوط به این موضوع منجر به موج گسترده‌ای از مناظرات، نظریه پردازی‌ها، و فعالیت‌ها در نظر به پدیده‌های میدان قوی شده است. در اواسط سال 1985، هنگامی كه معلوم شده بخشی از پاسخ‌ها در همین چارچوب نظری موجود نهفته است، وقایع پیچیدگی طنزآلودی به خود گرفت. تحلیل نظری و شواهد تجربی اكنون حاكی از آن است كهتحت شرایط آزمایش موجود، سازوكار مسلط در این فرایند همان كنده شدن پی در پی الكترون‌های منفرد است. این امر مؤكد اهمیت زمان دوام و شكل تپ لیزر است و به نظر می‌رسد كه اگر زمان دوام و به ویژه زمان صعود تپ كوتاه‌تر شود، مثلاً در حدود fs10 یا كمتر، احتمال آن می‌رود كه با پدیده‌ای نوین روبه‌رو شویم.
در حال حاضر، از نقش حالت‌های برانگیخته دوتایه و چند تایه در این فرایندها چیزی نمی‌دانیم. باوجود این، بر پایه اصول ساختار اتمی و همچنین با استفاده از داده‌های موجود، می‌توان بعضی امكانات را تصور كرد. می‌توان انتظار داشت كه برهم‌كنش فوتون‌ها در طول موج مرئی و فرابنفش نزدیك به طور عمده با الكترون‌های پوسته خارجی، و احتمالاً با الكترون‌های زیر پوسته بلافاصله پایین‌تر صورت بگیرد. این امر، با برانگیختگی دوگانه حاصل از فوتون‌های فرابنفش دور و پرتو x كه در آن فوتون یك الكترون را از پوسته‌ای داخلی بر می‌انگیزاند (یا می‌كند) در تباین است. بنابراین، به نظر می‌رسد كه برانگیزش چند فوتونی كه با استفاده از لیزرهای قدرت‌مند و با انتخاب مناسب بسامد و شدت تپ‌های ویژه انجام شود، احتمالاً حالت‌های اتمی نوینی را در دسترس می‌گذارد كهتولید آن‌ها از راه‌های دیگر عملاً ناممكن خواهد بود. نمونه‌ای از این حالت‌ها حالت 4p3 2s1 یون كربن گونه است كه، به هر حال می‌باید آن را به عنوان یكی از حالت‌های واقع در میدان قوی درك كرد. بدین ترتیب، در سال‌های آینده باید انتظار داشت كه با چشم اندازهای جدیدی از ساختار اتمی و رفتار آن در میدان‌های لیزری قوی، علاوه بر كاربردهای احتمالی آن‌ها، روبه‌رو شویم.