Los científicos han descubierto estadísticas «extrañas» para los electrones emitidos por una intensa luz cuántica

Se han estudiado ampliamente las distribuciones del número de fotones de diferentes fuentes de luz. Sin embargo, se sabe poco sobre la distribución estadística de los electrones emitidos bajo la influencia de una luz intensa.

Investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz (MPL) y la Universidad Friedrich-Alexander-Erlangen-Nürnberg (FAU) han descubierto eventos estadísticos extremos y muy inusuales en las distribuciones de números de electrones obtenidos al iluminar las puntas de una aguja de metal de tamaño nanométrico. . Con pulsos ultracortos de luz cuántica brillante.

Resultados recientemente publicado en la revista Física de la naturalezademostró que el número de electrones se ve afectado por las estadísticas de la luz y contribuye a una comprensión más profunda del proceso de emisión de electrones. Estos resultados ayudarán a mejorar los microscopios electrónicos.

En un proyecto colaborativo, los equipos dirigidos por la profesora Maria Chekhova del MPL y el profesor Peter Hummelhoff de la FAU están investigando cómo la extremadamente poderosa luz cuántica interactúa con la materia. Los investigadores iluminan puntas de agujas metálicas de tamaño nanométrico con pulsos de luz clásica y cuántica. Detectan electrones liberados del metal y estudian sus propiedades estadísticas.

Los electrones de la luz clásica siguen una distribución Poissoniana, lo que significa que cada electrón se emite independientemente de los demás. El número de electrones emitidos bajo la influencia de la luz clásica varía ligeramente de un pulso a otro. Al pasar a una fuente de luz cuántica, el llamado vacío compacto brillante, que presenta fuertes fluctuaciones en el número de fotones, los investigadores pudieron demostrar que las estadísticas de los fotones se pueden transferir a los electrones.

Utilizando un vacío compacto y brillante, los científicos pudieron medir eventos estadísticos extremos de hasta 65 electrones de un solo pulso de luz, con un valor promedio de 0,27 electrones por pulso. En el caso de las estadísticas de Poisson, la probabilidad de que ocurra tal evento (es decir, un valor atípico que exceda la media por un factor de 240) sería tan solo 10^-128. Al variar el número de patrones en el vacío comprimido, los científicos pudieron adaptar la distribución del número de electrones.

«Nuestros resultados muestran que las estadísticas de los fotones se imprimen a partir de la luz de conducción en los electrones emitidos, lo que abre la puerta a nuevos sensores y ópticas de campo potentes con luz cuántica y electrones», afirma María Chejova, jefa del grupo de investigación del MPL.

Para ilustrar las dimensiones con un ejemplo de la vida cotidiana, Jonas Hemmerl, Ph.D. El estudiante explica: “Si distribuyes pasas entre pasteles, la probabilidad de encontrar una cierta cantidad de pasas en los pasteles sigue una distribución de Poisson. Supongamos que hay un promedio (mediana) de dos pasas por pastel. pasas o cinco pasas En un pastel, a menudo habrá dos pasas, pero la probabilidad de tener más de 50 pasas es imposible con una distribución de Poisson.

Los múltiples eventos de electrones observados en estos experimentos fueron como encontrar 480 pasas en un pastel, lo que seguramente haría feliz a cualquier amante de las pasas.