研究人员刚刚打破了最短的光脉冲记录

　　在仅仅53阿托秒（1秒=10的负3次方毫秒=10的负18次方阿托秒）的时间里，一台X射线激光器发出了光学历史上最短的同类光脉冲，它打破了2012年创下的记录，缩短了14阿托秒的时间。

　　这是一件非常酷的事情，创下记录的光脉冲不仅能让我们拿来吹牛，在接下来的研究中，将更加深入地测量原子和分子内粒子的位置和行为，从而为新技术打开大门。

　　自从20世纪60年代激光开始发展以来，超光速脉冲的边界一直在稳步缩小。

　　从最初的毫秒级到如今的阿托秒级，我们已经走了很长一段路。

　　来自佛罗里达中部大学的研究人员曾经在2012年创造过67秒的记录，只不过当时他们使用的是紫外光脉冲。

　　在这个最新的实验中，他们缩短了波长和脉冲，在光谱里x射线的更高能量部分中实现了光脉冲。

　　换个角度来感受一下这个速度究竟有多快，1光速可以绕地球7.5圈，而在53阿托秒的时间里，光行走的距离仅仅是人类头发宽度的千分之一。

　　把光分解成这样短的脉冲可以运用在一些物理应用上。

　　“这样阿托秒级的x射线可以用来拍摄活细胞中生物分子的电子和原子的慢运动视频，例如，可以通过理解光合作用，来进一步提高太阳能板的效率，”研究人员Zenghu Chang这样说道。

　　在原子级的尺度上，通过将它们与普通的测量单位联系起来，可以使某些测量变得更容易。

　　原子单位的时间是一个非常短的24阿托秒，所以当有脉冲接近它时，有助于提高分辨率，就像一个高速照相机可以让我们记录高速事件，比如气球的爆破瞬间或子弹的高速飞行。

　　先前的记录是在将脉冲能量限制在100电子伏特的过程中完成的。

　　因此，研究人员调整了这一过程，提高了光脉冲的能量，同时仍然保持整体爆炸的短暂时间。

　　超短脉冲在能量更强的超过124电子伏特的x射线部分中，具有明显的优势。

　　电子只有在吸收了量子或一定的光能量之后，才能从电子核周围的轨道上跃迁。

　　而物理学家描述具体能量的其中一种方法就来自于使用X射线进行的实验。

　　这种x射线记法是用字母和数字标注轨道，首先是K1，然后是L1、L2、L3、M1等等。

　　达到碳的k轨道是一个里程碑，这使得研究人员能够锁定最靠近碳原子核的电子，从而观察电子的弹球效应。

　　“阿托秒级的x射线脉冲的光子能量比以前的阿托秒级光脉冲高出两倍，到达了碳的k轨道（284 eV，碳的标准结合能），这使得探测和控制核心电子动力学（如俄歇效应，原子发射出一个电子导致另一个电子也被发射）成为可能，”Chang解释道。

　　而处于k轨能量级的光可以让研究人员通过所谓的“水窗”发送脉冲。水窗是指波长在2.34nm到4.4nm之间的软x射线，在这个范围内，水对X射线是透明的。

　　美国陆军研究办公室的Rich Hammond负责资助这项研究，他表示：“这为许多新类型的实验奠定了基础，并推动了物理学的发展，让我们能够比以往任何时候都更好地理解事物。”

　　但先进的技术意味着即使是最细致的原子过程也需要慎重地考虑；了解电子在一个相对复杂的原子中的表现，比如碳，可能会为从电子产品中挤出更多的能量，揭示出生物学的量子基础。



　　蝌蚪五线谱编译自sciencealert，译者 李彤馨，转载须授权