Przełomowe odkrycie na UMK

Lada dzień w prestiżowym czasopiśmie fizycznym „Physical Review Letters” (z listy filadelfijskiej) wydawanym przez American Physical Society ukaże się artykuł przedstawiający to odkrycie. Dotychczas wiadomo było, że absorpcja fotonu przez atom może prowadzić do usunięcia obu elektronów z powłoki K, tzw. podwójnej fotojonizacji (DPI, od ang. double photoionization) pomimo zaabsorbowania fotonu tylko przez jeden elektron. Ten niezwykły proces DPI stał się obiektem intensywnych badań w związku z rozwojem synchrotronów nowej generacji (tj. monoenergetycznych źródeł promieniowania rentgenowskiego) takich jak ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) w Grenoble we Francji.

Proces DPI powłoki K może nastąpić na skutek jednego z dwóch mechanizmów: kwantowego strząsania (SO, od ang. ’shakeoff’) oraz półklasycznego zderzeniowego (KO, od ang. ’knockout’). W procesie SO pierwszy z elektronów (tzw. fotoelektron) w wyniku zaabsorbowania fotonu wyrzucany jest bardzo szybko z powłoki K i ze względu na nagłą zmianę potencjału atomowego również drugi elektron z powłoki K opuszcza atom. Natomiast w procesie KO pierwszy elektron z powłoki K, po zaabsorbowaniu fotonu, oddziałuje kulombowsko z drugim elektronem z tej powłoki (podobnie jak w zderzeniu kul bilardowych), po czym oba elektrony prawie jednocześnie opuszczają atom.

Usunięcie dwóch elektronów z powłoki K prowadzi do wytworzenia wysokowzbudzonego stanu atomu, który natychmiast ulega deekscytacji, tzn. przejściu atomu do stanu o niższej energii czemu towarzyszy emisja fotonu. Stwierdzono, że zarejestrowane, w takim przypadku, z bardzo wysoka rozdzielczością energetyczną widmo rentgenowskie zawiera tzw. linie hipersatelitarne, które wyróżniają się nadspodziewanie dużą szerokością, co nie doczekało się do tej pory w literaturze światowej poprawnego teoretycznego wytłumaczenia. Co ważniejsze, nie potrafiono również wskazać powiązania pomiędzy szerokością emitowanej linii hipersatelitarnej, a działaniem mechanizmu SO lub KO.

Odkrycie polskich naukowców pozwala nie tylko na wyjaśnienie fenomenu poszerzenia linii hipersatelitarnych, lecz także dostarcza nową procedurę (uwzględniającą konﬁgurację walencyjną atomów oraz jej dodatkową jonizację wywołaną procesem strząsania elektronów), która wskazuje jaki mechanizm (SO lub KO) doprowadził do wytworzenia stanu z dwiema dziurami w powłoce K. Wyniki te mają ważne konsekwencje dla podstaw spektroskopii atomowej i oznaczają konieczność weryfikacji baz danych dotyczących wartości atomowych parametrów. Należy podkreślić, że wyniki tych pionierskich badań teoretycznych będą pomocne w lepszym zrozumieniu rezultatów eksperymentów prowadzonych w największych światowych laboratoriach takich jak: ESRF. Warto dodać, że badania prowadzone przez zespół prof. Polasika mają nie tylko poznawczy, ale również aplikacyjny charakter. Przyczyniają się one również do rozwoju wysokorozdzielczej diagnostyki rentgenowskiej, służącej określaniu kluczowych parametrów plazmy wysokotemperaturowej w reaktorach termojądrowych typu tokamak [np. takich jak największy obecnie budowany International Thermonuclear Experimental Reaktor (ITER)].

W skład zespołu prof. Polasika wchodzą: dr Katarzyna Słabkowska (UMK) oraz doktoranci z Wydziału Chemii UMK. Współpracuje on z dr. Jackiem Rzadkiewiczem (Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy; Instytut Problemów Jądrowych w Świerku oraz EFDA-JET CSU, Oxfordshire, Wielka Brytania) oraz z prof. Jean-Claudem Doussem i dr Joanną Hoszowską (Uniwersytet we Fryburgu w Szwajcarii).