La découverte que les électrons libres peuvent se déplacer de manière asymétrique permet de mieux comprendre l'un des processus fondamentaux de la physique :l'effet photoélectrique. Il a été décrit pour la première fois par Albert Einstein et explique comment la lumière à haute fréquence libère des électrons d'un matériau. Les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique .

"L'effet photoélectrique a été étudié pendant de nombreuses années et c'est très édifiant de comprendre soudainement comment il fonctionne de manière plus approfondie, " dit Marcus Dahlström, Maître de conférences associé en physique mathématique à l'Université de Lund en Suède, qui a travaillé sur l'article avec des collègues de Lund et de l'Université de Stockholm.

Les chercheurs ont étudié comment un électron qui vient d'être libéré d'un atome par effet photoélectrique peut modifier son mouvement ondulatoire à l'aide d'un champ laser. L'électron libre peut à la fois absorber et émettre de la lumière laser, qui modifie la rotation de l'électron de manière asymétrique.

Pour découvrir ce phénomène, les chercheurs ont utilisé des impulsions laser ultracourtes avec une précision temporelle à l'échelle de l'attoseconde, ce qui est incroyablement court :0,00000000000000000001 secondes.

La découverte de l'asymétrie en combinaison avec la haute résolution temporelle a donné aux chercheurs l'opportunité de perturber le comportement enraciné des électrons. En se déplaçant uniquement de haut en bas le long du champ laser, les chercheurs ont réussi à faire en sorte que les électrons se propagent également latéralement.

"Maintenant que nous comprenons qu'il y a une asymétrie dans le mouvement des électrons libres, nous pouvons mieux comprendre la dynamique quantique en photo-ionisation, " dit David Busto, doctorant en Physique Atomique au LTH.

En physique classique, les particules se déplacent de manière déterministe d'un point à un autre via les lois de Newton. En contraste avec ceci, la mécanique quantique dit qu'une particule peut se déplacer à plusieurs endroits simultanément. Les chercheurs ont pu profiter de ce dernier :

"Quand on change la direction de l'onde électronique, nous utilisons l'interférence mécanique quantique. C'est-à-dire, l'électron prend plusieurs chemins vers sa forme d'onde modifiée. En physique classique, l'électron ne peut aller que dans un sens."

Le phénomène du modèle de mouvement asymétrique a été prouvé à la fois expérimentalement et en théorie. Les résultats sont basés sur la connaissance que les électrons augmentent leurs mouvements de rotation lorsqu'ils absorbent la lumière, quelque chose que le physicien américano-italien Ugo Fano a démontré il y a 30 ans.

La recherche vise à contrôler les électrons dans les atomes et les molécules avec une plus grande précision. À long terme, il est concevable que cette connaissance et d'autres connaissances scientifiques fondamentales sur le fonctionnement des atomes et des molécules permettront d'améliorer la façon dont les réactions sont contrôlées dans les molécules, qui à son tour peut ouvrir la voie à une chimie plus efficace.