과학자들은 빛을 이용해 원자의 비밀을 풀다

오타와대학의 연구팀은 물리학의 기본적인 과정인 원자와 분자의 이온화를 이해하는 데 큰 진전을 이루었습니다. 이 과정은 엑스선 생성과 플라스마 물리학을 포함한 다양한 분야에 영향을 미칩니다.

원자에 대해 생각해 보세요. 우리 주변의 모든 것의 구성 요소입니다. 때때로 원자는 전자를 잃고 대전된 입자가 됩니다(이것이 이온화입니다). 번개, 플라스마 TV, 심지어 북극광에서도 발생합니다.

지금까지 과학자들은 이 과정을 제한된 방법으로만 제어할 수 있다고 생각했습니다.

오타와 대학교 물리학과의 정교수인 라비 바르드와즈와 박사과정생인 장뤼크 베긴이 주도하고, 에브라힘 카리미 교수, 폴 코르쿰 교수, 토마스 브라벡 교수와 협력하여 진행한 이 연구에서는 특수 구조의 광선을 이용해 이온화를 제어하는 혁신적인 방법을 소개합니다.

이온화는 강한 장 물리학과 아토초 과학에서 중요한 역할을 하는데, 이는 전자가 원자 결합에서 어떻게 빠져나오는지 설명합니다.

전통적으로, 이 과정은 특정 한계를 넘어 조작될 수 없다는 것이 알려져 있었습니다.

하지만 이 새로운 연구는 그런 관념에 도전합니다.

"각운동량을 전달하는 빛줄기인 광학적 소용돌이 빔을 사용함으로써 전자가 원자에서 방출되는 방식을 정확하게 제어할 수 있다는 것을 보여주었습니다."라고 바르드와지 교수는 설명합니다.

"이 발견은 이미징 및 입자 가속과 같은 분야에서 기술을 향상시킬 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다."

이 연구는 오타와 대학교 첨단 연구 단지에서 2년 동안 진행되었습니다.

연구팀은 광학적 소용돌이 빔의 손잡이성과 속성이 이온화 속도에 상당한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.

그들은 빔 내의 '널 강도 영역'의 위치를 조정하여 선택적 이온화를 달성했고, 광학적 이색성이라는 새로운 개념을 도입했습니다.

연구의 주요 결과는 다음과 같습니다.

이 연구는 해당 분야의 기초 이론을 바탕으로 하고 있으며 과학자들이 이온화에 접근하는 방식을 혁신할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

이런 기술은 물리학 교과서에만 적용되는 것이 아니라, 더 나은 의료 영상, 더 빠른 컴퓨터, 그리고 더 효율적인 자료 연구 방법으로 이어질 수 있습니다.

이는 개별 입자의 제어가 중요한 양자 컴퓨팅에 특히 유망합니다.

Bhardwaj 교수는 이 획기적인 발견의 중요성을 강조합니다.

"전자가 방출되는 방식에 대한 생각을 바꾸는 것은 어려운 일이었지만, 저희의 연구는 고급 레이저 기술을 사용하면 과학과 기술 모두에 영향을 미치는 새로운 발견으로 이어질 수 있음을 증명합니다."

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