Didelio intensyvumo lazerio spinduliui sąveikaujant su atomu įvyksta susidūrimas. Tokios sąveikos pasekmė dažniausiai yra vienelektronė jonizacija, kurios metu iš atomo pašalinamas elektronas. Tačiau kartais iš atomo išlekia du elektronai: įvyksta dviguba jonizacija.
Šis procesas trunka atosekundes (attosekundė yra milijardinė milijardinės sekundės dalis) ir buvo stebėtas tarptautinės mokslininkų grupės, kuriai vadovavo tyrėjai iš Atosekundinės fizikos laboratorijos, esančios Makso Planko kvantinės optikos institute. Darbas buvo atspausdintas „Nature Communications" žurnale.
Procesas primena biliardo žaidimą, kai vienas kamuoliukas po susidūrimo priverčia judėti kitą kamuoliuką. Mokslininkų tirta tiesioginė dviguba jonizacija yra labai panaši į biliardo kamuoliukų susidūrimą. Stiprus lazerio laukas pirmiausia išmuša elektroną iš atomo, stumia jį nuo atomo, o paskui atgal link atomo. Tada išmuštas elektronas smūgiuoja ir perduoda dalį savo energijos antrajam elektronui, kuris sužadinamas. Truputį vėliau lazerio impulso elektrinis laukas taip pat išlaisvina ir antrąjį elektroną. Tiesioginė dviguba jonizacija dažniausiai yra sudaryta iš daugelio tokių sužadinimų ir smūgių.
Mokslininkai sugebėjo išskirti iš daugelio procesų, vykstančių dvigubos jonizacijos metu, vienintelį procesą – kai pirmasis elektronas sugrįžta ir sužadina antrąjį. Savo tyrime jie naudojo femtosekundinės trukmės lazerio impulsą (femtosekundė yra milijoninė milijardinės sekundės dalis), kuriuo apšvietė argono atomus. Impulso šviesos banga buvo sudaryta iš dviejų bangos maksimumų ir minimumų, tai yra dviejų ciklų. Dėl sąveikos su lazeriniu lauku dauguma atomų buvo vieną kartą jonizuoti, tačiau kiekvienas tūkstantasis atomas patyrė tiesioginę dvigubą jonizaciją.
Po pirmojo elektrono išmušimo, kai vyko sąveika su pirmuoju maksimumu, prireikdavo apie 1,8 femtosekundės, kad elektronas sugrįžtų ir sužadintų antrąjį elektroną. Antrasis elektronas išlikdavo sužadintas apie 400 attosekundžių ir būdavo išmetamas iš atomo dar prieš pasirodant antrajam bangos maksimumui. „Mes buvome nustebę pamatę, kad antrasis elektronas išlekia iš atomo apie 200 attosekundžių anksčiau nei ateina antrasis maksimumas", – pasakė tyrimuose dalyvavęs mokslininkas Boris Bergues. Seniau buvo manoma, kad antrasis elektronas palieka atomą, tik sąveikoje su antruoju maksimumu.
Paveikslėlyje parodytas dvigubos jonizacijos procesas. 3D brėžinys buvo gautas iš eksperimentinių duomenų ir jis rodo, kaip keičiasi dviejų elektronų greičiai kintant elektriniam impulso laukui. Centre esantis brėžinys rodo sumą visų šių atskirų matavimų. Iš šių duomenų mokslininkai gali atkurti dvigubos jonizacijos procesą.
