Neuer Blick auf Multi-Elektronen-Wechselwirkungen

Die Wissenschaft der Attosekunden hat die Tür zur Echtzeitbeobachtung und Zeitbereichssteuerung der Elektronendynamik im atomaren Bereich aufgestoßen. Das Studium der Elektronenkorrelation, d. h. der Wechselwirkungen zwischen den Elektronen, durch ultrakurze Laserimpulse eignet sich ideal zur Untersuchung von sowohl Quantenkonzepten als auch klassischen Ansätzen. Die unter Nutzung beider Rahmenwerke erzielten Resultate können mit neuesten experimentellen Ergebnissen verglichen werden.

Der Hauptvorteil der klassischen Annäherung an die Quantenmechanik ist jedoch das dem Energiegesetz entsprechende Skalieren der Darstellung der Elektronenkorrelation mit der Systemgröße. Vor diesem Hintergrund wollte das von der EU finanzierte Projekt "Transition states for multielectron ionization phenomena" (TRANS-MI) die atomaren und molekularen Prozesse innerhalb der starken Wechselwirkungen zwischen den Elektronen mit den Werkzeugen der nichtlinearen Dynamik und chemischen Physik untersuchen. TRANS-MI hat insbesondere den Aufbau eines Rahmenwerks analog zur Übergangszustandstheorie für chemische Reaktionen zum Ziel. Auf diese Weise soll das Verständnis in Bezug auf die Rolle der Elektroneninteraktionen unter Einwirkung von starken ultrakurzen Laserimpulsen weiter verbessert werden.

Die Wissenschaftler fanden die Prozesse heraus, die für die von erneuten Kollisionen angetriebene nichtsequentielle Doppelionisation bei Vorhandensein eines starken, zirkular polarisierten Laserfelds verantwortlich sind. Auf Grundlage dieser Resultate konnten sie außerdem beweisen, dass einige der wichtigsten periodischen Orbits, welche den Prozess der Rekollision antreiben, direkt mit der Erzeugung zirkular polarisierter Harmonischer hoher Ordnung verknüpft sind. In Anbetracht der Tatsache, dass das konventionelle Rekollisionsszenario auf widersprechenden Hypothesen beruht, wurde ein rein klassisches Szenario der Rekollision konstruiert. Dieses modifizierte Szenario stützte sich auf einen bestimmten periodischen Orbit, der den Rekollisionsprozess antreibt.

Eine weitere Aufgabe bestand darin, die Dynamik innerhalb des Übergangszustands für die Wasserstoffaustauschreaktion zu untersuchen. Da die Energie zunimmt, wird die Dynamik innerhalb des Übergangszustands zunehmend chaotisch. Die Forscher fanden heraus, dass der Übergangszustand zunächst seine normale Hyperbolizität verliert und sie dann überraschenderweise wiedergewinnt. Deshalb sollten die wichtigen Phasenraumstrukturen der Übergangszustandstheorie an den höchsten Energien oberhalb des Schwellenwerts existieren.

Die TRANS-MI-Mitglieder organisierten Workshops und Schulungsveranstaltungen zu einer Auswahl von Themen, um einer neuen Forschergeneration einen multidisziplinären Hintergrund zu verschaffen. Die Projektresultate sind in Fachjournalen veröffentlicht worden.