加载中…阿秒时代·世界最快相机
(2023-10-06 12:00:00)| 分类： 军事与科技 |
将人类带进阿秒时代！2023年物理学诺奖得主升级世界最快相机
2023年10月04日
如果相机够快，拍下来的都是“慢动作”。
蜂鸟每秒钟拍打翅膀80次。人眼无法看清，高速相机可将其定格成一帧帧清晰的画面。
24年前，1999年诺贝尔化学奖被授予加州理工学院艾哈迈德·H·祖瓦伊勒，他用飞秒激光看到反应过程中化学分子的过渡态。
而今，最快“相机”再次升级，速度加快千倍，从飞秒跨越到阿秒，“看到”分子中电子的运动，并斩获2023年诺贝尔物理学奖。
阿秒光脉冲（简称“阿秒脉冲”）是一束极短促的闪光，用做相机“快门”，能“拍摄”到狂飙中的电子。
这种基础科学的新工具、新技术，将人类带进了阿秒时代。
电子绕氢原子核一周大约需要150阿秒。目前阿秒脉冲的世界纪录是43阿秒脉冲。这项世界纪录来自德国的托马斯·高尼茨。
脉冲更短，能量更高，重复频率更高，这是阿秒脉冲领域内人们正在努力的三个维度。
有人直观上认为阿秒脉冲是最快的光，实际上，光速不变。
准确地说是最短，最短的光脉冲。还有比阿秒更短的时间单位：仄秒（10^−21秒）；幺秒（10^−24秒）等。
把电子看作是原子核周围的“超级跑车”，阿秒脉冲就如同相机快门，可将电子“拍摄”下来。
好比子弹飞过，如果相机快门不够快，拍到的是一条线、一个影子，而非清晰的子弹。而阿秒脉冲提供了一个很快的‘快门’，曝光时间尺度很短。
曝光时间之所以要短，是为了在快门一开一关之间，被拍摄对象几乎相当于是静止的，或者它移动的距离足够短，否则很难定格清晰的瞬间。
2023年诺贝尔物理学奖授予发明了这种极短闪光技术的三名科学家，表彰他们在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面所做出的贡献。
脉冲宽度的概念没那么抽象。比如激光笔一开一关，就产生了一个激光脉冲。脉冲宽度是脉冲持续的时间。假如有人手指足够快，激光笔也可产生阿秒脉冲。可是，没人能按得这么快，飞秒激光却可以。
【1阿秒等于千分之一飞秒，相当于10¹秒。一束光从房间里一堵墙照射到另一堵墙，需要100亿阿秒】
用飞秒激光驱动气体等介质，可以产生阿秒尺度的光脉冲。
把阿秒脉冲串简单想象成一串子弹，每个子弹都有自己的颜色，但人们需要的可能只是一颗极紫外的子弹。
精准测量想用的是“一发子弹”——孤立阿秒脉冲，而非一串。要在机关枪射出的子弹里面挑出来一个，难度很大。
人类在2001年完成了阿秒脉冲的产生和测量，光学技术进入到阿秒时代。
阿秒脉冲此前不是热门领域。1.高次谐波的产生效率非常低，2.高次谐波的产生需要用到一个短脉冲的飞秒激光器。
阿秒脉冲技术使得我们对以前无法追踪的快速过程，比如电子移动，或者能量的快速转移的研究成为可能。为研究原子、分子和凝聚态物质中的电子动力学打开了一扇窗。
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