Атомная физика: Радиационное давление с отдачей: исследователи предоставили экспериментальное доказательство теории 90-летней давности

Еще в XVI веке великий ученый Иоганн Кеплер предположил, что солнечный свет оказывает определенное давление, поскольку хвост комет, которые он наблюдал, постоянно указывал в сторону от Солнца. В 2010 году японский космический зонд Ikaros впервые использовал солнечный парус, чтобы использовать силу солнечного света для небольшого набора скорости.

Физически и интуитивно давление света или излучения можно объяснить характеристикой частиц света: частицы света (фотоны) ударяются о атомы тела и передают часть своего импульса (масса, умноженная на скорость) этому телу, которое, таким образом, становится быстрее.
Однако, когда в 20-м веке физики изучали эту передачу импульса в лаборатории во время экспериментов с фотонами определенных длин волн, которые выбивали отдельные электроны из атомов, они столкнулись с удивительным явлением: импульс выброшенного электрона был больше, чем у выброшенного электрона. фотон, который ударил его. На самом деле это невозможно – со времен Исаака Ньютона было известно, что внутри системы для каждой силы должна существовать равная, но противоположная сила: отдача, так сказать.

По этой причине мюнхенский ученый Арнольд Зоммерфельд в 1930 году пришел к выводу, что дополнительный импульс выброшенного электрона должен исходить от атома, который он покинул. Этот атом должен лететь в противоположном направлении; другими словами, к источнику света. Однако это было невозможно измерить имеющимися в то время приборами.

Девяносто лет спустя физикам из группы докторанта Свена Грундмана и профессора Рейнхарда Дорнера из Института ядерной физики впервые удалось измерить этот эффект с помощью реакционного микроскопа COLTRIMS, разработанного в Университете Гете во Франкфурте. Для этого они использовали рентгеновские лучи на ускорителях DESY в Гамбурге и ESRF во французском Гренобле, чтобы выбить электроны из молекул гелия и азота.

Они выбрали условия, при которых требуется только один фотон на электрон. В реакционном микроскопе COLTRIMS они смогли определить импульс выброшенных электронов и заряженных атомов гелия и азота, которые называются ионами, с беспрецедентной точностью.

Профессор Рейнхард Дорнер объясняет: «Мы смогли не только измерить импульс иона, но и увидеть, откуда он появился, а именно, от отдачи выброшенного электрона. Если фотоны в этих экспериментах по столкновению имеют низкую энергию, импульсом фотона можно пренебречь при теоретическом моделировании.

Однако при высоких энергиях фотонов это приводит к неточности. В наших экспериментах нам теперь удалось определить энергетический порог, при котором импульсом фотона больше нельзя пренебрегать. Наш экспериментальный прорыв позволяет нам теперь задавать гораздо больше вопросов, например, что меняется, когда энергия распределяется между двумя или более фотонами."

Пластиковые машины