我們很早就知道，一定強(qiáng)度的激光脈沖產(chǎn)生的能量可以使電子從其圍繞著原子快速旋轉(zhuǎn)的軌道上逃逸，即離子化。

　　美國內(nèi)布拉斯加林肯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)證明，電子離開氦原子的角度取決于激光脈沖電場是左旋電場還是右旋電場，即它是逆時針旋轉(zhuǎn)還是順時針旋轉(zhuǎn)。研究人員還計(jì)算了這兩種情況下電子逃逸角度的不同范圍。

　　研究人員將此效應(yīng)稱為“非線性二色性”（nonlineardichroism），他們進(jìn)一步證明該效應(yīng)僅當(dāng)原子受到一束超快的強(qiáng)烈激光脈沖照射并且其電場為橢圓形時才會出現(xiàn)。

　　這項(xiàng)研究成果發(fā)表于11月26日的《物理評論快報》雜志（Phys.Rev.Lett.,DOI:10.1103/PhysRevLett.113.223002）。文章特別指出，能產(chǎn)生這一效應(yīng)的激光脈沖持續(xù)時間不超過2×10-16秒。以2×10-16秒的時間間隔從0數(shù)至1秒，需要花上約1.585億年，這比地球從侏羅紀(jì)進(jìn)化至今的時間還要長。

　　“激光原子物理學(xué)的目標(biāo)就是控制電子運(yùn)動并成像。”本文的共同作者、物理學(xué)教授AnthonyStaraces說道，“為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要時間尺度比電子運(yùn)動還要快的探針。”

　　Starace同時注意到，超快激光脈沖與其引起的量子尺度相互作用會使許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果的機(jī)理變得難以理解。

　　“整個過程在如此短的時間內(nèi)發(fā)生，實(shí)驗(yàn)者往往也不知道自己得到的結(jié)果是什么。”Starace說道，“他們無法觀測到電子如何引發(fā)原子及分子躍遷。因此，他們需要清楚如何觀測，如何得到正確的觀測結(jié)果。”

　　Starace說道，此項(xiàng)工作有助于激光物理學(xué)家了解這些普遍存在的基本問題。

　　“超快激光脈沖現(xiàn)已用于電子過程的計(jì)時。”Starace說道，“日常生活中我們一般使用分鐘作為時間尺度，而電子運(yùn)動往往在極短時間內(nèi)發(fā)生。但到底是10-17秒、10-16秒還是10-15秒，我們無從得知。如果我們能夠了解，就可以從理論上真正弄清楚電子躍遷的具體經(jīng)過。”

　　Starace說道，通過識別和測量非線性二色性，我們的研究可以使量子物理學(xué)家更好地描述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的激光并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　“實(shí)驗(yàn)者通過測量這一新效應(yīng)，就會知道激光脈沖的持續(xù)時間、脈沖的極性以及產(chǎn)生的電場形狀等問題。”Starace說道，“這些都可以表征激光脈沖特點(diǎn)。”

　　Starace說，本研究表明人們朝著激光物理學(xué)的最終目標(biāo)更進(jìn)一步，即操控宇宙中物質(zhì)最基本的構(gòu)成部分。

　　“如果實(shí)驗(yàn)最終可以產(chǎn)生這一脈沖，該新效應(yīng)可使實(shí)驗(yàn)者能夠操作電子的運(yùn)動方式。”Starace說道，“如果使用10-18級這種具有特殊極化率的激光脈沖去轟擊一個目標(biāo)，我們可以識別電子的運(yùn)動方式。這就是人們的夢想——不僅僅是觀察，而且要實(shí)際操控電子的運(yùn)動。”

　　JeanMarcelNgokoDjiokap，物理學(xué)助理教授，在本次研究中負(fù)責(zé)編寫受激光影響的電子相互作用以及多維電場中電場復(fù)雜度的程序代碼。

　　“通常情況下，理論上電場只在一個方向上振蕩，這降低了計(jì)算的難度。”Starace說道，“當(dāng)極化為橢圓形時，電場在一個平面內(nèi)自轉(zhuǎn)。這進(jìn)一步增加了問題的難度，也大大增加了計(jì)算量和計(jì)算難度，但Marcel很好地解決了這個問題。”

　　Starace將該團(tuán)隊(duì)的計(jì)算方法比作去坐一個由激光脈沖產(chǎn)生的電場這一橢圓形旋轉(zhuǎn)木馬。他還說道，從這一角度切入并進(jìn)行計(jì)算而不是從外部靜止的觀測可以簡化這一問題。

　　“如果一個人坐在旋轉(zhuǎn)木馬上，線外的人們看到他在轉(zhuǎn)動，而他相對于木馬是靜止的。”Starace說道，“Marcel的工作就是將實(shí)驗(yàn)室框架下的計(jì)算平移到此旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)，所以我們觀測的都是線性極化的一維光。那么所有的問題都迎刃而解了。”