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來自馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所(MPQ)、慕尼黑科技大學(xué)(TUM)和路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學(xué)(LMU或慕尼黑大學(xué))的激光物理學(xué)家們首次得到了850 zs(1zs=10-21s)的精確測量結(jié)果。

近日,激光物理學(xué)家首次以仄秒精度測量了光致電離,即10-21級(jí)測量。慕尼黑技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家表示,這是迄今為止微觀世界時(shí)間測定獲得的最高精確度,也是光致電離時(shí)間尺度的首次絕對(duì)測量。

光致電離是光子與原子中的電子相互作用的過程。當(dāng)一個(gè)光子撞擊氦原子的兩個(gè)電子,光子的能量被其中一個(gè)電子全部吸收,或者被兩個(gè)電子共同吸收。無論能量如何轉(zhuǎn)移,都有一個(gè)電子會(huì)脫離原子。這個(gè)過程被稱為光電效應(yīng),愛因斯坦在20世紀(jì)初對(duì)此做了解釋。

氦原子光致電離過程示意圖

物理學(xué)家們近幾年已經(jīng)發(fā)現(xiàn),從一個(gè)光子與電子相互作用開始到其中一個(gè)電子脫離原子,一共持續(xù)5～15 as(1as=10-18s)。近日,來自馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所(MPQ)、慕尼黑科技大學(xué)(TUM)和路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學(xué)(LMU或慕尼黑大學(xué))的激光物理學(xué)家們首次得到了850 zs(1zs=10-21s)的精確測量結(jié)果。

為了激發(fā)氦原子中的電子,研究人員用脈沖寬度為阿秒級(jí)的極紫外(XUV)光脈沖照射原子。同時(shí)用脈沖寬度約4 fs(1fs=10-15s)的紅外光脈沖照射原子。一旦電子被極紫外光激發(fā)脫離原子,在紅外光脈沖的電磁場作用下,電子發(fā)生加速或者減速,通過這種速度的變化,物理學(xué)家們就能以仄秒精度來測量光電效應(yīng)了。

研究者們也首次從量子力學(xué)的角度確定,在一個(gè)粒子發(fā)射前的幾阿秒內(nèi),入射光子的能量如何在氦原子的兩個(gè)電子中分配。氦原子只有兩個(gè)電子,是唯一一個(gè)能用量子力學(xué)方法完全計(jì)算的多電子系統(tǒng)。這讓它有可能使理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。