Het inzicht dat licht soms moet worden behandeld als een elektromagnetische golf en soms als een stroom van energiequanta die fotonen worden genoemd, is zo oud als de kwantumfysica. In het geval van interactie van sterke laservelden met atomen vindt het dualisme zijn analogie in de intuïtieve afbeeldingen die worden gebruikt om ionisatie en excitatie te verklaren:het multifoton-beeld en het tunneling-beeld. In een gecombineerd experimenteel en theoretisch onderzoek naar ultrasnelle excitatie van atomen in intense korte pulslaservelden zijn wetenschappers van het Max Born Institute erin geslaagd om aan te tonen dat de heersende en schijnbaar ongelijksoortige intuïtieve afbeeldingen die gewoonlijk worden gebruikt om de interactie van atomen met intense laservelden te beschrijven, kunnen worden toegeschreven aan een enkel niet-lineair proces. Bovendien, ze laten zien hoe de twee foto's kunnen worden verenigd. Het werk verscheen in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven en is gekozen als suggestie van de redactie vanwege het bijzondere belang ervan, innovatie en brede aantrekkingskracht. Naast de fundamentele aspecten opent het werk nieuwe wegen om laserintensiteiten met hoge precisie te bepalen en om coherente Rydberg-populatie te controleren door de laserintensiteit.

Hoewel de Keldysh-parameter, geïntroduceerd in de jaren '60 door de gelijknamige Russische natuurkundige, maakt duidelijk onderscheid tussen het multifoton-beeld en het tunnelbeeld, het is een open vraag gebleven, vooral op het gebied van sterke veldexcitatie, hoe de twee schijnbaar tegengestelde benaderingen met elkaar te verzoenen.

In het multifoton-beeld schijnt het fotonkarakter door als resonantieverbetering in de excitatieopbrengst wanneer een geheel veelvoud van de fotonenergie overeenkomt met de excitatie-energie van atomaire toestanden. Echter, de energie van atomaire toestanden wordt naar boven verschoven met toenemende laserintensiteit. Dit resulteert in resonantie-achtige verbeteringen in de excitatieopbrengst, zelfs bij vaste laserfrequentie (fotonenergie). In feite, de verbetering vindt periodiek plaats, telkens wanneer de energieverschuiving overeenkomt met een extra fotonenenergie (kanaalsluiting).

In de tunnelafbeelding wordt het laserveld beschouwd als een elektromagnetische golf, waarbij alleen het oscillerende elektrische veld behouden blijft. Opwinding kan worden gezien als een proces, waar aanvankelijk het gebonden elektron wordt vrijgemaakt door een tunnelproces, wanneer het laserveld een cyclusmaximum bereikt. In veel gevallen krijgt het elektron niet genoeg driftenergie uit het laserveld om aan het einde van de laserpuls aan de Coulomb-potentiaal van het moederion te ontsnappen, wat zou leiden tot ionisatie van het atoom. In plaats daarvan, het blijft gebonden in een opgewonden Rydberg-staat. In het tunnelbeeld is er geen ruimte voor resonanties in de excitatie omdat het tunnelen verloopt in een quasi-statisch elektrisch veld, waarbij de laserfrequentie niet relevant is.

In de studie is voor het eerst de excitatieopbrengst van Ar- en Ne-atomen als functie van de laserintensiteit direct gemeten, die zowel de multifoton- als de tunnelregimes bestrijken. In het multifoton-regime zijn uitgesproken resonante verbeteringen in de opbrengst waargenomen, vooral in de buurt van de kanaalafsluitingen, terwijl in het tunnelregime dergelijke resonanties niet verschenen. Echter, hier is excitatie waargenomen, zelfs in een intensiteitsregime dat boven de drempel voor verwachte volledige ionisatie ligt.

De numerieke oplossing van de tijdsafhankelijke Schrödinger-vergelijking voor de onderzochte atomen in een sterk laserveld zorgde voor een uitstekende overeenstemming van de theorie met de experimentele gegevens in beide regimes. Een meer gedetailleerde analyse onthulde dat beide afbeeldingen een complementaire beschrijving vertegenwoordigen in het tijd- en frequentiedomein van hetzelfde niet-lineaire proces. Als men excitatie in het tijdsdomein beschouwt, kan men aannemen dat elektronengolfpakketten periodiek worden gecreëerd bij de veldcyclusmaxima. In het multifoton-regime kan worden aangetoond dat de golfpakketten overwegend dicht bij de maximale intensiteit van de puls worden gecreëerd en dus alleen constructief interfereren als de intensiteit dicht bij een kanaalsluiting ligt. Hiermee, regelmatige verbetering in het excitatiespectrum resulteert alleen effectief in de scheiding van fotonenenergie. In het tunnelregime worden de golfpakketten ook periodiek gecreëerd bij de veldcyclusmaxima, echter, voornamelijk aan de stijgende flank van de laserpuls die, beurtelings, leidt tot een onregelmatig interferentiepatroon en bijgevolg tot onregelmatige variaties in het excitatiespectrum. Deze snelle variaties worden niet opgelost in het experiment en het gedetecteerde excitatiespectrum is glad.