探究如何用最短的光闪照亮物质的本质

发布时间：2023-10-11 11:45:26 所属栏目：动态来源：

导读：2023年，三位研究人员因其开创性的研究工作而获得了诺贝尔物理学奖。他们使用阿秒级的光脉冲来照亮分子，揭示了物质的本质。但是什么是阿秒，为什么它能让我们看到电子的奥秘呢？

在明白为什么阿秒研究能够获得科

2023年，三位研究人员因其开创性的研究工作而获得了诺贝尔物理学奖。他们使用阿秒级的光脉冲来照亮分子，揭示了物质的本质。但是什么是阿秒，为什么它能让我们看到电子的奥秘呢？

在明白为什么阿秒研究能够获得科学界最高荣誉之前，必须先弄清楚阿秒光脉冲到底是什么。“阿”是科学计数法中表示10^-18的前缀，也就是说，一个阿秒相当于0.000000000000000001秒，这是一种极其短暂的时间单位。

你可能很难想象这有多短，那么让我给你一个比较：在一秒钟里面，有大约和宇宙存在的时间一样多的阿秒。科学家们早就能够用飞秒（10^-15）的光脉冲来研究原子核的运动，因为原子核相对较重，运动得较慢。一个飞秒里面有一千个阿秒。但是要想观察电子的运动，就需要更短的光脉冲——阿秒光脉冲。因为电子运动得太快了，在飞秒级别上看不清楚它们在做什么。而电子在原子和分子中的重新排列决定了物理和化学中的很多现象。所以，科学家们非常想知道电子是如何运动和重新排列的。

但是，在物理和化学过程中，电子运动得非常快，使得它们很难被研究。科学家们通常使用光谱学来研究物质与光的相互作用，从而推断出物质的性质。但是要想实时跟踪电子，就需要一种比电子重新排列所需时间更短的光脉冲。

如果你换成另外一台可以拍摄超过1毫秒（平均0.001秒）单位曝光时间的数码相机，那么拍摄的情况就会完全不同了。现在，你可以清晰地看到之前被模糊掉的运动细节，就像一张张精确的快照一样。这就是使用阿秒级别而不是飞秒级别可以揭示电子行为的原因。

那么，阿秒脉冲能够帮助我们回答哪些研究问题呢？

其中一个例子就是化学键的断裂，这是自然界中一种非常基本的过程，它发生在两个原子之间共享的电子分离成为独立的原子时。在这个过程中，电子会发生非常快速的变化，而阿秒脉冲让我们能够实时观察化学键的断裂过程。

产生阿秒脉冲的技术是在21世纪初被发明的，这也是三位研究人员获得2023年诺贝尔物理学奖的原因。自从有了这项技术，阿秒光谱学就迅速发展起来，它可以提供更短的原子和分子的快照，让我们能够了解单个分子中电子的行为，比如电荷是如何在分子中迁移的，以及原子之间的化学键是如何形成和断裂的。电子是一种看不见的物质，它们在空间中穿梭，并且不断地改变轨道。

（编辑：聊城站长网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!