סיקור מקיף

על גבולות האפקט הפוטואלקטרי

באמצעות האפקט הפוטואלקטרי הקלאסי, איינשטין הוכיח ב-1905 שלאור יש גם מאפיינים של חלקיק. אך כאשר מדובר באורך גל של 13 ננומטר בלבד, ובעצמת קרינה גבוהה של פטאוואט (10 בחזקת 15 וואט) לסמ"ר, משהו אחר מתרחש

אפקט פוטואלקטרי
אפקט פוטואלקטרי

באמצעות האפקט הפוטואלקטרי הקלאסי, איינשטין הוכיח ב-1905 שלאור יש גם מאפיינים של חלקיק. אך אור בעל עצמה גבוהה מאוד, גורם לדברים מופלאים להתרחש. כך גילו מדענים מהמכון פיזיקליך טכניך בונדסנסטאלט (PTB) ועמיתים מהמכון דסי בהמבורג, בעזרת הלייזר פלאש- לייזר האלקטרונים החופשיים הגדול לקרני רנטגן. המודלים הנוכחיים המבוססים על רעיונו של איינשטין, מתוארים בפשטות כך: אם לפוטון יש מספיק אנרגיה, הוא יכול לנגוח החוצה אלקטרון פנימי מתוך אטום.

אך כאשר מדובר באורך גל של 13 ננומטר בלבד, ובעצמת קרינה גבוהה של פטאוואט (10 בחזקת 15 וואט) לסמ"ר, משהו אחר מתרחש, לפחות עם סוג מסוים של אטומים: באטומי החומר קסנון, כאשר שולחים חבילת גלי אור, זה גורם למספר עצום של אלקטרונים פנימיים להיפלט. אפקט זה תלוי באופן ישיר בסוג החומר, ולא רק בעצמת הקרינה המעוררת, כפי שנהגו לחשוב בעבר. למחקר שמפורסם כעת בכתב העת Physical Review Letters ,יש השלכות על ניסויים שעתידים להתקיים במתקני לייזרים של קרני רנטגן ברחבי העולם.

המדענים למעשה רצו לפתח שיטות לאפנון לייזרי רנטגן לפי רמות קרינה. הם עוררו סוגי גזים שונים כדי לחזק את עוצמת הלייזר מאפקט היוניזציה. המטרה הייתה לאפנן את הלייזר כך שיוכל למשל לעשות ליתוגרפיה באור אולטרה-סגול קיצוני (EUV). ליתוגרפיה מסוג זה עם אורך גל של 13 ננו-מטרים בלבד, נחשבת לטכנולוגית העתיד ביצור שבבי המחשב הקטנים ביותר.

אך במהלך הניסויים בפלאש, לייזר האלקטרונים החופשיים בהמבורג, המאפשר בין היתר את הליתוגרפיה האולטרה-סגולית הקיצונית, באופן בלתי צפוי גילו המדענים תגליות שמערערות יסודות של הפיזיקה.

בעזרת האפקט הפוטואלקטרי, חלקיק אור בודד (פוטון), בעל אנרגיה מספיק גדולה שמתנגש באטום גורם לפליטה של אלקטרון בודד. את התהליך הזה, שמדגים את המבנה הקוונטי של האור, ניתן לחשב באמצעות משוואותיו של איינשטין. בעוצמות גבוהות מאוד, יכולה להתרחש גם יוניזציה רב-פוטונית, תהליך שבו מפציצים אטום של חומר בחבילות של פוטונים וזה גורם לאטום לפלוט מספר אלקטרונים פנימיים בו זמנית.

אבל המודלים התיאורטיים הללו נכשלים להסביר תהליכים בגלי רנטגן רכים כמו אלו שמתרחשים בלייזר פלאש. לפי הניסויים גם טיב החומר והקשרים בין האלקטרונים באטומים משפיעים על רמות העירור.

חקירה בתחום זה תשמש בסיס חשוב לניסויים בעתיד במתקני הלייזר הגדולים לקרני רנטגן שעומדים לקום בארה"ב, יפן ואירופה.

להודעה לעיתונות של החוקרים

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

15 תגובות

  1. שי,
    לא בטוח שהבנתי למה אתה מתכוון. איזה ניסוי? מיקרוסקופ אלקרוני סורק למשל גורם לערעור אלקטקוניים משניים ואחרים מפני השטח קרוב לו וכך מקבלים תמונה.
    מיקרוסקופ אלקטרוני חודר עובר דיפרקציה בתוך החומר וכך מקבלים תמונות דיפרקציה.
    אבל איפה המיקרוסקופ "מתערב" בניסוי?

  2. רענן:
    ראיתי בזמנו קטע מתוך What the Bleep do we know והפסקתי כשהבחילה הכריעה אותי.
    אינני יודע אם הקטע ששי הביא מופיע שם (לא נראה לי כי כבר מן הסרט ברור שלא נחוצה תודעה והרעיון של הסרט מבוסס על הצורך ההזוי בתודעה אבל כאמור – ראיתי רק קטע).
    הסרטון הזה, מכל מקום, נראה לי יחסית בסדר.
    אתה באמת באמת בטוח שזה חלק מן הסרט הזה?

  3. יוצא מזה שהמיקרוסקופ האלקטרוני מתערב בניסוי וגורם לקריסת הגל
    בכך שהוא סורק את הדגימה ע"י אלומת אלקטרונים

  4. כן, נסיתי להבהיר לשי שאין צורך "בתודעה" כדי שתקרוס פונקצית הגל. כל מה שצריך זהו כלי שיכול למדוד ערכי של הפרמטר הנבדק – אנרגיה, מיקום וכו'.

  5. שי ואורן:
    כדי שלא יתקבל רושם מוטעה אני רוצה לחדד:
    אין כל צורך בצופה אנושי.
    גם אם יוצב במקום מכשיר מדידה שאיש לא יצפה בתוצאות מדידותיו – תהיה קריסה של פונקצית הגל.

  6. שי,
    זה ברור – כל תהליך שנותן לך איזו אינדיקציה של מדידה אזי יש קריסה של פונקצית הגל.

    אם בצפיה אתה לא מסוגל לראות בתוצאות אז אתה לא משפיע על פונקצית הגל.
    למשל אם את התוצאות ניתן לראות רק באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני, אזי הצפיה בכיוון הניסוי בעין בלתי מזוינת לא תשפיע על התוצאה.
    כמו חתול שרדינגר – מודעות שהחתול נמצא בקופסא והוא חי או מת לא תשפיע על מצבו עד אשר באמת תפתח את הקופסא ותראה את התוצאה – ורק אז פונקצית הגל קורסת.

  7. לגבי הסרטון http://www.youtube.com/watch?gl=US&v=DfPeprQ7oGc

    אין מספיק מידע לגבי הצופה שגורם לקריסת הגל
    האם הצפיה נעשתה ברמת האטום או בצפיה רגילה
    אם תהליך הצפיה (בדיקה ברמת האטום) אז בעצם מופעל כוח נוסף שגורם לקריסת הגל.
    ואם מדובר בצפיה רגילה
    האם רמת המודעות של האדם לניסוי גורם לקריסה
    האם צפיה של חייה ולא אדם גם יגרום לקריסת הגל
    הניסוי הזה כפי שהוא מוצג מלא בחורים כמו בגבינה

  8. יעל פטר
    האם תרגמת את המאמר מתוך שינה או שסתם התעצלת

  9. אפשר שאלה?
    אם גם הפוטון לפי האפקט הפוטואלקטרי וגם האלקטרון הם חלקיקים חד מימדיים; וככה טוען האפקט הפוטו-אלקטרי, אז איך הם יכולים להתנגש ולהיבלע?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן