Пути фотоэффекта неисповедимы

^{Фотоэффект,}^{который принес Эйнштейну Нобелевскую премию (когда электрон выбивается из родительского атома фотоном), несмотря на его кажущуюся простоту, довольно сложен для анализа в целом, особенно когда атом содержит большое число электронов. Как любые задачи многих тел в классической механике, квантовые задачи с участием многих элементов очень трудно осмыслить, и это остается серьезной проблемой для теории. Так что основную роль в этой области играют эксперименты. Но и здесь ученые сталкиваются с трудностями , когда анализируют данные, связанные с отделением атомного фотоэффекта от целого ряда других эффектов.

Не последнее место среди этих нежелательных эффектов занимают явления, связанные со спином ( и, соответственно, магнитным моментом) атомного ядра. Это можно рассматривать как квантовый угловой момент в классической механике, который рассчитывается как произведение линейного импульса (масса, умноженная на скорость) частицы и ее радиус-вектора по отношению к оси вращения. Каждый протон и каждый нейтрон в ядре обладают собственным магнитным моментом. Эти моменты , как правило, в значительной степени компенсируют друг друга, но результирующий момент не всегда нулевой. Любой остаточный момент, даже если он относительно мал, и, следовательно, его взаимодействие с электронной оболочкой помечено как "сверхтонкое", может резко повлиять на процесс фотоэлектронной эмиссии. В частности, ненулевой ядерный спин портит картину, когда атом возбужден, что и вызывает такой большой интерес у физиков .

Сотрудничество семи физиков из Италии, Франции , Германии и России выбрали для выполнения их исследований ксенон. Будучи благородным газом, ксенон очень удобен для таких исследований: он не образует химические связи и не загрязняет аппарат своими соединениями. Среди всех благородных газов только ксенон имеет стабильные изотопы с нулевым и ненулевым ядерным магнитным моментом. Кроме того, ксенон является интересным из-за большого числа электронов и связанных сложной динамикой электронных оболочек.

В эксперименте предполагалось разделение изотопов с помощью масс-спектрометра . Впоследствии каждый из изотопов возбуждался бы синхротронным излучением и одновременно облучался лазерным лучом. Все выброшенные электроны должны были быть подсчитаны и отсортированы по энергии и углу рассеяния.

Реальность, однако, оказалась гораздо сложнее. Главная трудность состояла в том, чтобы объединить два пучка излучения, лазерное и синхротронное. Московский теоретик Грум-Гржимайло говорит , что лишь немногие люди в мире в настоящее время способны решить эту проблему.

Задача состоит в том, чтобы обеспечить теоретическую интерпретацию для фотоэффекта на возбужденном атоме ксенона, изолированного от влияния ядерного магнитного момента. Никто не ожидал, что это можно сделать в тихой и мирной жизни коллектива из 54-х электронов , но постепенное улучшение существующих теоретических моделей в конечном итоге привело к успеху в описании чистого атомного фотоэлектрического эффекта. "Эта работа", - говорит Грум- Гржимайло , "Прокладывает путь для широкого класса исследований с искусственно отключенными ядерными магнитными моментами и для сложных атомных процессов с выбором изотопов, о чем мы ранее не могли даже и подумать".}