เมื่อแสงเลเซอร์สามมิติพาอิเล็กตรอนไปสู่สถานะที่เข้าถึงได้ยาก

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Oldenburg สร้างสนามแสงสามมิติด้วยการนำพัลส์เลเซอร์เฟมโตวินาทีสองสี ซึ่งปรับรูปแบบโพลาไรเซชันไว้แล้ว ให้มาซ้อนทับกันจากคนละทิศทาง บริเวณที่แสงทับซ้อนกัน สนามไฟฟ้าจึงเกิดเป็นรูปแบบสามมิติที่ปรับควบคุมได้ ทีมใช้สนามนี้ทำให้อะตอมโพแทสเซียมแตกตัวเป็นไอออน และรายงานการสังเกตแพ็กเก็ตคลื่นของอิเล็กตรอนอิสระที่มีโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งเกิดจากการดูดกลืนโฟตอนหลายตัวของอะตอม 56

ใจความสำคัญคือการปรับรูปทรงของสนามแสงในสามมิติอาจเปิดทางให้ศึกษาสถานะของแพ็กเก็ตคลื่นอิเล็กตรอนที่เข้าถึงไม่ได้ด้วยรูปแบบสนามแสงซึ่งใช้ในการทดลองนี้ก่อนหน้า อย่างไรก็ตาม นี่เป็นการพิสูจน์หลักการในอะตอม ไม่ใช่การสาธิตการควบคุมโมเลกุล 56

สร้างสนามแสงสามมิติได้อย่างไร

โพลาไรเซชันบอกทิศทางที่สนามไฟฟ้าของแสงสั่น นักวิจัยปรับโพลาไรเซชันของพัลส์สองชุดที่มีสีต่างกัน แล้วนำมาพบกันในมุมหนึ่ง เมื่อรวมกัน สนามแสงจึงเปลี่ยนแปลงในสามมิติ แทนที่จะจำกัดอยู่ในระนาบเดียว 56

รูปแบบดังกล่าวทำให้ทีมมีวิธีควบคุมสนามที่ใช้ปฏิสัมพันธ์กับอะตอมโพแทสเซียมได้อีกแบบหนึ่ง อะตอมดูดกลืนโฟตอนหลายตัวจนแตกตัวเป็นไอออน และปล่อยอิเล็กตรอนอิสระออกมา ซึ่งนักวิจัยสามารถศึกษาคลื่นที่สัมพันธ์กับโมเมนตัมเชิงมุมได้ 56

ผลทดลองบอกอะไร

ทีมรายงานการสังเกตแพ็กเก็ตคลื่นอิเล็กตรอนอิสระที่มีโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งเกิดจากการทำให้อะตอมแตกตัวด้วยโฟตอนหลายตัวภายใต้สนามแสงสามมิติ ผลนี้แสดงให้เห็นว่าสนามแสงที่ออกแบบอย่างประณีตช่วยสร้างและตรวจสอบสถานะของอิเล็กตรอนได้มากกว่าที่ทำได้ด้วยรูปแบบแสงซึ่งใช้ในการทดลองก่อนหน้านี้ 56

แต่ต้องแยกให้ชัดว่า การทดลองนี้ทำกับอะตอมโพแทสเซียม ไม่ได้แสดงว่าวิธีดังกล่าวใช้ระบุหรือแยกโมเลกุลไครัลได้แล้ว สิ่งที่ผลการทดลองชี้คืออาจมีหนทางเพิ่มการควบคุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับสสาร 56

อาจต่อยอดสู่การแยกโมเลกุลที่เป็นภาพสะท้อนกันได้ไหม

โมเลกุลไครัลมีรูปแบบสองชนิดที่มีโครงสร้างเป็นภาพสะท้อนของกันและกัน งานวิจัยเกี่ยวกับแสงที่มีโครงสร้างหรือมีไครัลเฉพาะบริเวณได้ศึกษาวิธีทำให้ปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลไวต่อความแตกต่างด้านโครงสร้างเช่นนี้ รวมถึงแนวคิดในการตรวจจับหรือแยกโมเลกุลแต่ละรูปแบบ 1415

การสร้างสนามแสงสามมิติอาจช่วยขยายเครื่องมือที่นักวิจัยมีไว้ควบคุมแสง แต่การนำวิธีนี้ไปใช้กับโมเลกุลไครัล และพิสูจน์ว่าสามารถแยกโมเลกุลที่เป็นภาพสะท้อนกันได้ ยังเป็นความเป็นไปได้ในอนาคต ไม่ใช่ผลที่แสดงแล้วจากการทดลองกับโพแทสเซียม 561415