什么是阿秒？为什么今年的诺贝尔物理学奖取决于它？

sanvi756

由三名研究人员组成的团队因彻底改变了科学家研究电子的方式而获得 2023 年诺贝尔物理学奖：用阿秒长的闪光照亮分子。但是阿秒有多长，这些无限短的脉冲可以告诉研究人员关于物质本质的什么信息呢？ 当我还是一名物理化学研究生时，我第一次接触到这个研究领域。我的博士导师小组有一个项目致力于研究阿秒脉冲的化学反应。在了解为什么阿秒研究获得科学界最负盛名的奖项之前，了解什么是阿秒光脉冲会很有帮助。 相关十亿分之秒的百万分之一内移动的速度 阿秒有多长？ 与一秒相比，阿秒非常小。（图片来源瑞典皇家科学院是代表 的科学计数法前缀，它是一个小数点，后跟 17 个零和一个 1。因此，持续一阿秒（即 秒）的闪光是一种极短的脉冲光 事实上，一秒中的阿秒数量大约与宇宙年龄中的秒数一样多。 此前，科学家可以用飞秒光脉冲研究较重、较慢的原子核的运动 飞秒就是 阿托秒。但研究人员无法在电子尺度上看到运动，直到他们能够产生阿秒光脉冲：电子移动得太快科学家无法准确分析它们在飞秒水平上所做的事情。

阿秒脉冲 原子和分子中电子的重新排列指导着物理学中的许多过程，并且几乎是化学所有部分的基础。因此，研究人员投入了大量精力来弄清楚电子如何移动和重新排列。 然而，电子在物理和化学过 泰国电话号码表 中移动非常快，这使得它们难以研究。为了研究这些过程，科学家们使用光谱学，一种检查物质如何吸收或发射光的方法。为了实时跟踪电子，研究人员需要比电子重新排列所需时间更短的光脉冲。 打个比方，让我们想象一台相机只能进行更长的曝光，大约 1 秒长。移动的物体，例如一个人跑向相机或一只鸟在天空中飞翔，在拍摄的照片中会显得模糊，很难准确地看到发生了什么。 接下来，假设您使用曝光时间为 1 毫秒的相机。现在，以前模糊的动作将被无缝解析为清晰精确的快照。这就是如何使用阿秒尺度而不是飞秒尺度来阐明电子的行为。 阿秒研究 那么阿秒脉冲可以帮助回答哪些类型的研究问题呢。



方面，化学键的断裂是自然界的一个基本过程，其中两个原子之间共享的电子被分离成自由原子。以前共享的电子在此过程中经历超快的变化，阿秒脉冲使研究人员能够实时跟踪化学键的断裂。 产生阿秒脉冲的能力（三名研究人员因此获得了 2023 年诺贝尔物理学奖）在 2000 年代初首次成为可能，此后该领域持续快速发展。通过提供原子和分子的较短快照，阿秒光谱学帮助研究人员了解单个分子中电子的行为，例如电子电荷如何迁移以及原子之间的化学键如何断裂。 在更大范围内，阿秒技术还被应用于研究电子在液态水中的行为以及固态半导体中的电子转移。随着研究人员不断提高产生阿秒光脉冲的能力，他们将对构成物质的基本粒子有更深入的了解。 这篇编辑过的文章是 根据知识共享许可从The Conversation重新发布的。阅读原文。