Лазер бьёт по атому стронция, и из него разом вылетают два электрона. Раньше считалось, что при такой двойной ионизации каждый электрон действует сам по себе: один выбит первым, второй — позже, случайно. Новый эксперимент с холодными атомами показал обратное: электроны покидают атом согласованно, как пара танцоров, держащихся за руки.
Учёные использовали спектроскопию, чтобы заглянуть внутрь процесса. Они облучали атомы стронция лазерными импульсами и ловили вылетевшие электроны детекторами, которые записывали их энергию и угол вылета. На получившихся картинках проступили чёткие полосы — признак того, что перед вылетом оба электрона находились в особом возбуждённом состоянии атома, где их движения жёстко связаны.
Ключевой момент — резонанс. Лазер настроен так, что его энергия точно совпадает с энергией перехода в это дважды возбуждённое состояние. Тогда атом сначала впитывает свет и переходит в связанное состояние, а уже потом, под действием того же импульса, оба электрона срываются и улетают. Это называется несеквенциальной двойной ионизацией — в отличие от секвенциальной, где электроны выбиваются по очереди.
След в данных — полосы на энергетической карте — говорит о том, что корреляция, заложенная в возбуждённом состоянии, не стирается при ионизации. Электроны уносят её с собой, как два осколка разбитой вазы, которые всё ещё подходят друг к другу. Такое поведение ломает старую картину, где сильное поле лазера якобы разрушает все связи внутри атома.
Этот результат важен не только для атомной физики. Похожие корреляции двух частиц встречаются в молекулах, твёрдых телах и даже в ядрах атомов. Понимание того, как связанные частицы ведут себя под внешним ударом, помогает точнее описывать химические реакции и свойства материалов.
Стронций — тот самый элемент, который окрашивает фейерверки в ярко-красный цвет. В этом эксперименте его атомы охладили почти до абсолютного нуля, чтобы они замерли и не мешали наблюдениям.
Идея о том, что частицы сохраняют связь после разделения, перекликается с квантовой запутанностью из научной фантастики, хотя здесь связь классическая — просто синхронность движения.