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물리 광전자 효과의 이해
2013.12.30 00:11
광전자 효과의 이해http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2013121011&service_code=03 | |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-12-24 | |
| 최근 MSU 핵 물리 연구소(MSU Institute of Nuclear Physics)의 전자기 프로세스 및 원자 핵 상호작용 학부(Department of Electromagnetic Processes and Atomic Nuclei Interactions)의 이론학자들은 광전자(photoelectric) 연구의 역사에서 최초로 수 년 동안 본 분야의 연구를 방해하였던 가장 심각한 장애, 즉, 핵 자기 모멘트(nuclear magnetic moment)를 제거할 수 있었다. 한편, 금번 연구 결과는 Physical Review Letters에 보고되었다. 아인슈타인에게 노벨상을 안겨준 명확한 간결함에 상반되게 광전자 효과는 일반적으로 원자가 수많은 전자를 포함하고 있는 경우 분석하는 것이 매우 복잡하다. 고전 역학에서 다체 문제(many-body problem)처럼 양자의 다체 문제는 개념화하는 것이 매우 어렵기 때문에 이론적 관점에서 도전과제이다. 따라서, 본 분야는 실험에 의해 주요 역할이 규명되고 있다. 하지만, 본질적으로 상관없는 현상으로 인해 다양한 다른 효과로부터 원자 광전자 효과 자체와 관련된 데이터를 추출하는 것이 매우 어렵다. 최근 현상 중 의미가 있는 것은 원자 핵의 스핀, 즉, 자기 모멘트이다. 이는 고전 역학에서 각 모멘텀의 양자적 일반화로 고려되는데, 회전 축에 상대적으로 입자와 이의 위치 벡터에 대한 선형 모멘텀의 산물로서 계산된다. 핵에서 각 양성자와 각 중성자는 자기 모멘트를 소유하고 있다. 이러한 모멘트가 서로 보상하는 경향이 있는 반면, 결과적인 모멘트는 항성 소멸되진 않는다. 상대적으로 매우 작을지라도 잔여 미세 모멘트는 광전자 방출 프로세스에 영향을 미치게 된다. 0이 아닌 핵 스핀은 원자가 전이되었을 때 특히 큰 영향이 있다. 연구진은 원자 광전자 효과에서의 특징을 밝혀내는데 이전에 사용되었던 원소인 제논에 대한 연구를 수행하였다. 비활성 기체로서 제논은 이러한 연구에 매우 유용한데, 화학 결합을 형성하지 않고, 화합물이 형성되지 않기 때문에 기구를 오염시키지 않는다. 보다 중요한 것은 다른 모든 비활성 기체 중에서 제논만이 0과 0이 아닌 핵 자기 모멘트 모두를 가지는 안정한 동위원소가 있다는 점이다. 게다가 제논은 다수의 전자 그리고 전자 껍질의 연관된 복잡한 역학으로 인해 흥미로운 원자이다. 실험 디자인은 질량 분석기(mass spectrometer)로 동위원소를 분리하는 것이다. 추가적으로 각 동위원소는 가속기 방사로 전이되며, 파장으로 조절되는 레이저 빔으로 방사된다. 방출된 모든 전자의 수가 헤아려지고, 에너지와 산란 각도로 분류된다. 이러한 과정은 모두 간단해 보이지만, 실제로는 보다 복잡하다. 가속기 방사에 의해 전이된 첫째 표적은 1990년대 후반에 얻을 수 있었지만, 주된 어려움은 레이저와 가속기의 두 방사 빔을 결합하는 것으로 세계적으로 이를 수행할 수 있는 사람은 매우 소수이다. 이러한 실제 실험은 다양한 편광을 가지고 있는 빔라인을 이용하여 수행되었다. 연구진의 임무는 전이된 제논 원자에 대한 광전자 효과의 이론적 해석을 제공하는 것으로서 핵 자기 모멘트의 영향으로부터 분리되어 있다. 집합적인 54개의 전자임에도 불구하고 기존 이론적 모델의 점진적 향상은 순수한 원자 광전자 효과를 설명하는데 성공할 수 있었다. 이러한 결과는 인공적으로 불가능한 핵 자기 모멘트 연구 그리고 이전에 생각하지 못했던 동위원소에 대한 복잡한 원자 프로세스에 대한 방식이 구축되고 있다. [원문] "Isotopically Resolved Photoelectron Imaging Unravels Complex Atomic Autoionization Dynamics by Two-Color Resonant Ionization." P. O`Keeffe, E. V. Gryzlova, D. Cubaynes, G. A. Garcia, L. Nahon, A. N. G.rum-Grzhimailo, M. Meyer. Phys. Rev. Lett. 111, 243002 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.243002 | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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