L'intuizione che la luce a volte deve essere trattata come un'onda elettromagnetica e talvolta come un flusso di quanti di energia chiamati fotoni è antica quanto la fisica quantistica. Nel caso dell'interazione di forti campi laser con atomi il dualismo trova il suo analogo nelle immagini intuitive usate per spiegare la ionizzazione e l'eccitazione:l'immagine multifotonica e l'immagine tunneling. In uno studio combinato sperimentale e teorico sull'eccitazione ultraveloce degli atomi in intensi campi laser a impulsi brevi, gli scienziati del Max Born Institute sono riusciti a dimostrare che le immagini intuitive prevalenti e apparentemente disparate solitamente utilizzate per descrivere l'interazione degli atomi con intensi campi laser possono essere attribuite a un unico processo non lineare. Inoltre, mostrano come le due immagini possono essere unite. Il lavoro è apparso sulla rivista Lettere di revisione fisica ed è stato scelto come suggerimento della Redazione per la sua particolare importanza, innovazione e ampio appeal. Oltre agli aspetti fondamentali, il lavoro apre nuove strade per determinare l'intensità del laser con alta precisione e per controllare la popolazione di Rydberg coerente dall'intensità del laser.

Sebbene il parametro Keldysh, introdotto negli anni '60 dall'omonimo fisico russo, distingue chiaramente l'immagine multifotone e l'immagine tunneling, è rimasta una questione aperta, in particolare nel campo della forte eccitazione di campo, come conciliare i due approcci apparentemente opposti.

Nell'immagine multifotone il carattere del fotone traspare come miglioramento risonante nella resa di eccitazione ogni volta che un multiplo intero dell'energia del fotone corrisponde all'energia di eccitazione degli stati atomici. Però, l'energia degli stati atomici viene spostata verso l'alto con l'aumentare dell'intensità del laser. Ciò si traduce in miglioramenti di tipo risonante nella resa di eccitazione, anche a frequenza laser fissa (energia fotonica). Infatti, il miglioramento avviene periodicamente, ogni volta che lo spostamento di energia corrisponde a un'energia fotonica aggiuntiva (chiusura del canale).

Nell'immagine del tunneling il campo laser è considerato come un'onda elettromagnetica, dove viene mantenuto solo il campo elettrico oscillante. L'eccitazione può essere vista come un processo, dove inizialmente l'elettrone legato viene liberato da un processo di tunneling, quando il campo laser raggiunge un ciclo massimo. In molti casi l'elettrone non guadagna abbastanza energia di deriva dal campo laser per sfuggire al potenziale di Coulomb dello ione genitore entro la fine dell'impulso laser, che porterebbe alla ionizzazione dell'atomo. Anziché, rimane legato in uno stato di Rydberg eccitato. Nell'immagine del tunneling non c'è spazio per le risonanze nell'eccitazione poiché il tunneling procede in un campo elettrico quasi statico, dove la frequenza del laser è irrilevante.

Nello studio è stata misurata per la prima volta direttamente la resa di eccitazione degli atomi di Ar e Ne in funzione dell'intensità del laser, coprendo sia il regime multifotonico che quello di tunneling. Nel regime multifotone sono stati osservati pronunciati miglioramenti risonanti nella resa, in particolare in prossimità delle chiusure dei canali, mentre nel regime di tunneling non sono apparse tali risonanze. Però, qui l'eccitazione è stata osservata anche in un regime di intensità che si trova al di sopra della soglia per la ionizzazione completa prevista.

La soluzione numerica dell'equazione di Schrödinger dipendente dal tempo per gli atomi studiati in un forte campo laser ha fornito un eccellente accordo della teoria con i dati sperimentali in entrambi i regimi. Un'analisi più dettagliata ha rivelato che entrambe le immagini rappresentano una descrizione complementare nel dominio del tempo e della frequenza dello stesso processo non lineare. Se si considera l'eccitazione nel dominio del tempo, si può presumere che i pacchetti di onde di elettroni vengano creati periodicamente ai massimi del ciclo di campo. Nel regime multifotonico si può dimostrare che i pacchetti d'onda si creano prevalentemente in prossimità della massima intensità dell'impulso e quindi interferiscono costruttivamente solo se l'intensità è prossima alla chiusura di un canale. Con questo, un miglioramento regolare nello spettro di eccitazione risulta efficace solo alla separazione dell'energia del fotone. Nel regime di tunneling i pacchetti d'onda vengono creati periodicamente anche ai massimi del ciclo di campo, però, prevalentemente sul fronte di salita dell'impulso laser che, a sua volta, porta a uno schema di interferenza irregolare e, di conseguenza, a variazioni irregolari nello spettro di eccitazione. Queste rapide variazioni non vengono risolte nell'esperimento e lo spettro di eccitazione rilevato è uniforme.