@ 2017.10.15 , 21:00
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科学家刷新了最短的光脉冲记录

科学家刷新了最短的光脉冲记录
credit: 123RF

一台X射线激光器发出的仅仅持续53阿秒(1阿秒=1秒的十亿分之一的十亿分之一)的单次闪光,已经成为光学史上最短的同类光脉冲。将记录缩短了14阿秒。

创造这项纪录可不是为了吹牛的。这个进步将改进测量原子和分子中粒子的位置和行为的研究,这将打开新技术的大门。

从上世纪60年代激光开始发展以来,超短光脉冲的记录一直在被刷新。从最初的毫秒级到如今的阿秒级,我们走了很长的一段路。

中佛罗里达大学的研究人员在2012年创下了67阿秒的记录,那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,在光谱中更高能的X射线部分实现了光脉冲。

做个比较就知道脉冲有多短。光速可以一秒钟环绕地球7.5次,而在53阿秒内,光线的行进距离不到人类发丝直径的千分之一。

将光分解成这样短的脉冲有非常严肃的物理应用。研究人员常增虎说:“这种阿秒级X射线可用于拍摄活细胞中生物分子的电子和原子的慢动作视频,例如通过更好地了解光合作用如何工作来提高太阳能电池板的效率。”

在原子尺度上,通过将某些测量与通用单元相连接可以容易地进行测量。

时间的原子单位是极短的24阿秒,所以脉冲有助于提高分辨率,就像高速相机允许我们记录更快的事件,如爆炸的气球或高速的子弹。

以前的记录是使用将脉冲中的能量限制在大约100电子伏特的过程来完成的。而此次研究人员调整了该过程,以提高光脉冲内的能量,同时仍可使总体爆发相当短暂。

频谱的能量较高的X射线部分超过124电子伏特的超短脉冲具有明显的优点。

电子需要吸收了特定的光能量,才能从它们的核周围的轨道跃迁。

物理学家描述具体能量的一种方法来自于使用X射线进行的实验。

这种X射线记法是用字母和数字标记轨道,K1为第一,然后为L1,L2,L3,M1等。

达到碳的K轨道是一个里程碑,使得研究人员能够瞄准最接近碳原子核的电子,并观察电子的弹球效应。

“阿秒级X射线脉冲的光子能量比以前的阿秒光脉冲高出两倍,达到了284eV,这样可以探查和控制核电子动力学,如俄歇效应。”。俄歇效应是原子发射的一个电子导致另一个电子被发射出来的物理现象。

这种能量等级的光线也能让研究人员发送脉冲通过所谓的水窗。水窗是指软X射线的波长范围处在2.34nm与4.4nm之间,前者对应氧原子的K吸收带,后者对应碳原子的K吸收带,即X射线光子能量范围在530eV到280eV间。在此范围内,水不吸收X射线,即水对X射线是透明的。但是,此范围内的X射线会被氮原子和其他构成生物机体的元素吸收,因此,该波长可用于对活体生物样本进行X射线显微。

美国陆军研究室的Rich Hammond表示:“这为许多新类型的实验奠定了基础,并促进了物理学的发展,能够比以往任何时候都更好地了解事物。”

先进的技术意味着甚至要考虑最好的原子过程;了解电子在像碳这样相对复杂的原子中的行为如何可能开辟更多的途径,来从电子中挤出更多东西并揭示生物学的量子基础。

这项研究发表在《Nature Communications》。

本文译自 sciencealert,由译者 Nivy 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 12+1

  1. 孟葛格
    @1 month ago
    3587425

    感觉吊爆了

  2. fatwens
    @1 month ago
    3587443

    吊 爆了吗

  3. 你们太naive了
    @1 month ago
    3587454

    像我这种水平的看到这种东西只能说牛逼

  4. 3587460

    不是很早以前就可以单光子的发射么

  5. 水如蓝
    @1 month ago
    3587491

    你的…太短

  6. 貔卡貅
    @1 month ago
    3587575

    我只关心能不能提升网速啊

  7. 3587576

    这就是说:如果我们的世界是虚拟的,那么刷新时间应该低于 53 阿秒,或者说 CPU 频率至少在 2 千万 GHz, 现在最快的民用 大概在 8 GHz

    [16] XX [5] 回复 [2]
  8. marvin
    @1 month ago
    3587586

    拍慢镜头的时间分辨率又可以提高了

  9. 3587657

    果然很快,已经开始了吗?不,已经结束了…

  10. 虫合虫合
    @1 month ago
    3587686

    +1阿秒

  11. 3587788

    物理学家和工程师推动生物科学进步

  12. 脑子坏掉了
    @1 month ago
    3587879

    @Xlato:
    那是统计学上的单光子吧?

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