Aszimmetrikus fotoelektron emisszió foton- atom és foton-h molekula kölcsönhatásban Ricz Sánor MTA Atommagkutató Intézete SZFKI, Buapest 013. 1. 10
Tartalom I. Fotoelektronok ifferenciális hatáskeresztmetszete Kísérleti berenezés - Max-lab I411-s nyaláb csatornája (Lun, Svéo. o.) - DESY BW3-s nyaláb csatornája (Hamburg, Németo. o.) - ESA- elektron spektrométer Fotoelektronok ifferenciális hatáskeresztmetszete (kísérlet) II. Aszimmetria foton-atom kölcsönhatásban - Korábbi méréseinkből Aszimmetria külső s- és p-héjakra - speciális mérések
Bevezetés Cél: : Magasabb renű effektusok vizsgálata foton atom kölcsönhatásokban. Hagyomány: 1 kev foton energia alatt a fotoelektronok szögeloszlása tisztán ipól típusú. Elméleti jóslás: Nonipol effektus 1keV alatti foton energiáknál. Kísérlet: A mért szögeloszlások alakja nagyon érzékeny a kölcsönhatások részleteire (elektron korreláció, ionizációs és gerjesztési csatornák közötti kölcsönhatások..). Érekesség: Nincs kísérleti vizsgálat széles szögtartományra =0 ± ±180.
Fotoelektronok szögeloszlása: Az átmeneti mátrixelem fotoionizációra/gerjesztésre a következő: A(k,r) vektor pot. A kölcsönhatási potenciál Taylor-sora r=0 környezetében: Az átmeneti mátrixelemet a kezeti és végállapot között közelíthetjük a következő kifejezéssel, figyelembe véve az elsőrenű nonipól korrekciót is:
Megmaraási törvények: Energia Impulzus Impulzusmomentum Paritás
Tetszőlegesen orientált atomokra, 100%-ban lineárisan poláros fényre, a fotoelektron emisszió ifferenciális hatáskeresztmetszetére kapjuk: ( h,, ) tot ( h ) 1 ( h ) P (cos ) ( h ) ( h )cos 4 E1 ipól az E1 ipól anizotrópia paraméter az E nonipol anizotrópia paraméter a M1 nonipol anizotrópia paraméter P : a másorenű Legenre-polinom ϴ: polárszög : azimutszög sin E, M1 nonipol cos Speciális szögek: =90 csak ipól szögeloszlás =54.7 (P =0) csak nonipol szögeloszlás =0 minen anizotrópia paraméter merhető
Koorináta renszer a k-hoz viszonyítva 4 0 1 3sin ( )cos ( ) 1 sin ( )cos ( ) cos( )... (, ) (, ) (, ) (, ) Azonos eremény: ha a k irányában növekszik
= Dipól szögeloszlás k k E P k P =-1 k k k P P E
=0 =0.8 =0 k Nonipol szögeloszlás k k P E P = 0.5 =0 =0.3 k k Nincs szimmetria a polarizációs vektorhoz P viszonyítva! k P E P
Kísérlet A szinkrotronok és nyalábcsatornák főbb paraméterei MAX-II (MAX-lab, Lun, Svéország) tároló gyűrű: E e =1.5 GeV elektron, injektálás 1 óránként Az I411 nyalábcsatorna: unulátor, h =50 1500 ev, SX-700 monokromátor (10 l/mm), foton fluxus: 10 11 10 13 foton/s. DORIS III (HASYLAB, Hamburg, Németország) szinkrotron: E p =4.45 GeV pozitron, injektálás 8 óránként A BW3 nyalábcsatorna: unulátor, h =15 1800 ev, SX-700 monokromátor (10 l/mm), foton fluxus: ~ 10 1 foton/s.
ESA- típusú elektrosztatikus elektron spektrométer 10 cm MAX-II-nél: ESA-L spektrométer DORIS III-nál: ESA-G analizátor. Fő jellemzők: - Két menetes - Másorenben fókuszál - Nagy energiafelbontás (.5x10-3 ) - Beépített fékezőlencse - Széles energiatartomány (0eV 10 kev) - Szögtartomány: ESA-L: 0 ±180 (15 lépésköz, kivéve 0, 90, 180 és 70 ) R L ESA-G: 0 ±180 (15 lépésköz, kivéve 90 és 70 )
A etektorok relatív hatásfokának meghatározása MAX-II kísérleteknél: Ar L M,3 M 3,3 P 0,1, Auger-vonal. DORIS III mérésekben: Ar L 3 M,3 M 1,3 D Auger-csúcs.
Az anizotrópia paraméterek fotonenergia függésének kísérleti vizsgálata Méréseket végeztünk a következő atomokra és atomi héjakra: Ar p, 3s, 3p Xe 5s, 5p Kr 3, 4p A mért ifferenciális hatáskeresztmetszetek alakja egy kissé eltért az ieálistól.
Anizotrópia paraméterek a Xe 5s fotoelektronokra hν=150 ev k hν=190 ev k P P Ricz et al, Phys. Rev. A 67 (003)0171
Dipól és non-ipól anizotrópia paraméterek fotonenergia függése a Xe 5p fotoelektronokra Phys. Rev. A 69 (004)01707
h =10 ev Anisotropy parameters for Ar 3p photoelectrons 3p 1/ h =47.87 ev P P h =37.5 ev h =49.067 ev 3p 1/ P P MBPT Phys. Rev. A 7 (005)014701
A Kr 4p fotoelektronok anizotrópia paraméterei a 3 np rezonáns gerjesztés tartományban h =91.0375 ev h =91.165 ev f 1 cos sin, 1 cos 1 P 4 {1 sin cos (3sin cos cos 1) / hys. Rev. A 81 (010)043416 [(3sin 1 f 1 ( cos, ) (35sin 1) / ] f 4 1 ( cos 4, ) f 1 ( 30sin, ) cos 3) / 8}
Elektromos oktupól fotonenergia függése a Kr 4p fotoelktronokra
Néhány szögeloszlás Xe 5s hν=150 ev h =10 ev Ar 3s Ar 3p h =47.87 ev 3p 1/ k A LR =0.06(5) A LR =0.07(5) A LR =0.00(6) P hν=190 ev h =37.5 ev h =49.067 ev 3p 1/ A LR =0.05(5) A LR = 0.01(5) A LR =0.08(3)
Jobb és bal efiníciója méréseinkben Jobb és bal efiníciója méréseinkben L sin ), ( 0 R sin ), ( ), ( 0 0 j j j R 0, i i i L, Δχ= 1.7 Δψ= 5 0 R L R L A LR QM, QED
Az aszimmetria paraméterek fotonenergia függése Az kísérleti aatok eloszlása nem véletlenszerű nulla körül!!
Az aszimmetria paraméterek a fotoelektronok energiájának függvényében Fékezési arány: D=E pass /E kin =0.3 1
Kísérleti bal-jobb aszimmetria paramétereket határoztunk meg lineárisan poláros szinkrotron sugárzás alkalmazásával (h =0.4 56.3 ev) H molekulára és a következő nemesgázokra, illetve atomi héjakra: He 1s Ne s, p Ar p, 3s, 3p Kr 4s, 4p Xe 5s, 5p Mérési körülmények: Két spektrométert és két szinkrotront használtunk s-héjakra A fékezési arány konstans volt Az Auger és a fotoelektronok kinetikus energiája megegyezett A monokromátor kimenő résszélessége állanó volt
Mérési mószer és kiértékelés: 1. Auger-csúcs > fotoelektron spektrum > Auger-csúcs. Lineáris háttérlevonás. 3. A fotoelektron vonalak intenzitásának normálása az Augercsúcsok területére minen szögcsatornában külön-külön. 4. N N L i i, 0 i N N R j j, j A LR N L N L N R N R
Eremények Bal-jobb aszimmetria paraméterek az Ar p héjára: Nyalábcsatorna: I411 (MAX-II) és ESA-L: h =461. ev Ar L M,3 M,3 3 P 0,1, és az Ar p fotoelektronok azonos spektrumban. => A LR 1/ =0.015±0.01 A LR 3/ =0.0094±0.009 A LR p =0.0087±0.004 Ricz et al, NJP 9 (007)74.
Oului csoport =45, A LR = 0.068 Max-lab, Lun Svéország Ismétlés két Scienta spektrométerrel: =0, A LR p =0.010±0.003 Hinasmaki et al,phys. Scr. 87 (013) 06530.
(σ L - σ R )/(σ L + σ R ) Aszimmetria paraméterek s- és p-héjakra az atomi tömeg függvényében Ar, Kr és Xe esetén az s- és p-héj fotoelektronokat azonos spektrumban mértük. Az aszimmetria paraméterek előjele nem azonos a két héjra az argon kivételével. Asymmetry 0.10 0.08 0.06 0.04 0.0 H s-shells He Kr Ne Ar Asymmetry 0.00 0 0 40 60 80 100 10 140 Atomic mass (a.u.) Ricz et al, NJP 9 (007)74. Xe 0.03 0.0 0.01 0.00-0.01-0.0-0.03 p -shells Ar 3p Ar p 1/ Ar p 3/ Xe 5 p 1/ Xe 5 p 3/ Ne p Kr 4p 0 40 60 80 100 10 140 Atomic mass (a.u.)
Aszimmetria paraméterek s-héjakra az atomi tömeg függvényében
Az elméleti és kísérleti bal-jobb aszimmetria paraméterek összehasonlítása s-héjakra. L R ALR L R A A PNC EM A PNC a paritássértő, A EM az elektromágneses kölcsönhatást leíró mátrixelem. Ricz et al, NJP 9 (007)74.
Előre és hátra irányú aszimmetria Előre és hátra irányú aszimmetria paraméterek s paraméterek s-héjakra héjakra F R F L F R F L F A LR 0 0 F L 0 F R 0 B L B R B R B L B R B L B A LR
Aszimmetria paraméterek a rezonáns gerjesztések fotonenergia tartományában Ar 3p(p ns/m) Normalizálás: Ar Auger-csúcs
Aszimmetria paraméterek a rezonáns gerjesztések fotonenergia tartományában Kr 4p(3 np) Normalizálás: Ne s fotocsúcs
Frankfurti csoport hν=306 ev ALS, Berkely USA Trinter et al.,mol. Phys. 110 (01)1863.
Az aszimmetrikus fotoelektron emisszió jellemzői: - Az aszimmetria előjele függhet az atomi héj szimmetriájától (s, p,, ). nagysága függ az atomi tömegtől (renszámtól) s-héjakra. nagyobb nyalábirányban. érzékeny a csatorna kölcsönhatásokra. függ a fotoelektron energiájától. - A relativisztikus effektusok nem elhanyagolhatók. - Balra, jobbra cirkulárisan poláros fényre is aszimmetria. - Auger elektron aszimmetria!!! Magyarázat:?
A megfigyelt nullától különböző bal-jobb aszimmetria azt sugallja, hogy a tértükrözési szimmetria sérül elektromágneses kölcsönhatásban.
Együttmüköők ATOMKI (Debrecen, Magyarország): Ferenc Gáll Ákos Kövér Tícia Ricsóka Dezső Varga Justus-Liebig University (Giessen, Germany): Alexaner Borovik, Jr. Kristof Holste Alfre Müller Stefan Schippers University of Oulu (Oulu, Finlan): Helena Aksela Seppo Aksela Marko Huttula Samuli Urpelainen