觀察微觀世界的“超級快門”
瑞典皇家科學院3日宣布,,將2023年諾貝爾物理學獎授予皮埃爾?阿戈斯蒂尼,、費倫茨?克勞斯和安妮?呂利耶三位科學家,以表彰他們“為研究物質中的電子動力學而產生阿秒光脈沖的實驗方法”,。
什么是阿秒,?1阿秒是10的負18次方秒,,也就是十億分之一秒的十億分之一。在這三位科學家的努力下,,光脈沖已經可以達到阿秒級,。那么,創(chuàng)造如此短瞬間的光脈沖有哪些意義,?
蜂鳥扇動翅膀的頻率可達每秒80次,,而我們只能看到翅膀模糊的影子。人類視覺感官不可能觀察到極短的事件,,快速的運動看起來就是一片模糊,,“捕捉”這些非常短暫的瞬間需要使用高速攝影。要獲得蜂鳥翅膀運動的清晰圖像,,相機快門必須比蜂鳥翅膀運動的速度還快,。也就是說,,任何測量都必須比被測量對象變化的速度更快,否則結果就是“模糊”的,。
而在物質的微觀世界,粒子都是以極高的頻率在移動,。原子運動的時間尺度是飛秒,,即10的負15次方秒,用激光脈沖(飛秒激光)可以觀察,。但原子的運動比起電子的運動來說還是“慢得很”,,因為電子運動的時間尺度是阿秒。電子在原子或分子內部運動如此之快,,以至于在飛秒級的光脈沖觀察下還是模糊不清,。科學界認識到,,需要全新的技術以觀察到電子的運動,。
光的波長和頻率成反比,人們可以想到的最短光脈沖就是光波的一個振動周期,。在這種情況下,,普通波長的激光系統(tǒng)所產生的光脈沖無法低于飛秒,這是上世紀80年代科學界的普遍認識,。如何讓光脈沖達到阿秒級,?科學家通過計算認為,可以通過組合多個波長的短波激光脈沖來產生更短的光脈沖,。
要組合新波長需要的不僅僅是激光,,另一個關鍵是激光穿過氣體時產生一種現(xiàn)象:光與原子相互作用并產生諧波,那是在原始波的一個周期中完成多個完整周期的波,。1987年,,呂利耶在法國實驗用一束紅外激光穿過惰性氣體,結果產生的諧波比之前用較短波長激光所產生的諧波更多更強,。她在上世紀90年代繼續(xù)探索這種效應,,為下一個實驗突破奠定了基礎。
光的能量與波長有關,,越短波長的光能量越強,。激光穿過氣體時產生諧波的能量相當于紫外線,其波長比可見光短,。激光與許多不同的氣體原子互動就會產生一組特定波長的諧波,,而這些諧波又會相互作用,在適當?shù)那闆r下會產生一系列紫外線光脈沖,,每個脈沖的時間尺度為幾百阿秒,。
實際識別和測試脈沖的突破發(fā)生在2001年,。阿戈斯蒂尼在法國和他的研究小組成功創(chuàng)造和研究了一系列連續(xù)的諧波光脈沖,就像一列帶車廂的火車,。他們使用了一種特殊的技巧讓光脈沖“列車”和延時的原始激光束放在一起,,以觀察諧波。他們還實測出每個脈沖持續(xù)約250阿秒,。與此同時,,當時在奧地利的克勞斯和他的研究小組研究出一種技術,可以分離出單個脈沖,。他們成功分離的脈沖持續(xù)了650阿秒,,該小組用它來跟蹤和研究電子從原子中“拉離”的過程。
三位科學家連續(xù)的突破表明,,阿秒脈沖可以觀察和測量,,并且也可以用于新的實驗。如今,,“阿秒物理學”的世界已經打開,,可以產生的光脈沖達到幾十阿秒量級,這些“超級快門”可以用來觀察電子的運動,、探測原子和分子的詳細結構,,也可以用在醫(yī)療診斷中識別不同的分子。
新華社北京10月3日電
隨便看看:
- [業(yè)內]日本研究發(fā)現(xiàn)健康膳食中蛋白質的理想比例
- [業(yè)內]觀察微觀世界的“超級快門”
- [業(yè)內]蘇寧易購發(fā)布趨勢家電消費觀察:生活場景功能延伸催動新需求增長
- [業(yè)內]雀巢踐行再生農業(yè),,讓可持續(xù)成為第一生產力
- [業(yè)內]賽博難民打響反AI第一槍
- [業(yè)內]編號001!全國首張智能制造 專業(yè)技術等級證書頒發(fā)
- [業(yè)內]中關村數(shù)字文化產業(yè)聯(lián)盟“數(shù)字傳播專委會”正式成立
- [業(yè)內]折疊屏“賽道”走俏 國產手機競逐中高端市場
- [業(yè)內]年度熱詞出爐 科技成色十足
- [業(yè)內]復興號智能動車組試跑福廈高鐵
相關推薦:
網(wǎng)友評論:
推薦使用友言,、多說,、暢言(需備案后使用)等社會化評論插件
- 熱點搶先看|2024南方網(wǎng)通第二十五屆渠道商交流會
- 《大數(shù)據(jù)平臺云化改造實踐指南(2024)》發(fā)布,,天
- 覺卿諦語智能科技在全國12355心理健康大會上展示
- 當好“兩個稀土基地”建設主力軍,,北方嘉軒永磁電機大
- 大模型助力工業(yè)智能化發(fā)展
- 工商業(yè)光伏發(fā)電施工指南-太陽庫光伏
- 科技賦能,避震嬰兒車或成為行業(yè)硬通貨
- 龍旗科技進軍AI PC市場,激發(fā)行業(yè)創(chuàng)新活力
- 科技賦能教育:核桃編程亮相“科創(chuàng)中國·北京創(chuàng)新薈”
- 英偉達搶占高位,,市場急需尋求新機遇,,這三支AI股值