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激光物理学家首次以仄秒精度测量光致电离

2017年01月09日 16:31:50   来源:中国激光

  来自马克斯·普朗克量子光学研究所(MPQ)、慕尼黑科技大学(TUM)和路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学(LMU或慕尼黑大学)的激光物理学家们首次得到了850 zs(1zs=10-21s)的精确测量结果。

  近日,激光物理学家首次以仄秒精度测量了光致电离,即10-21级测量。慕尼黑技术大学的科学家表示,这是迄今为止微观世界时间测定获得的最高精确度,也是光致电离时间尺度的首次绝对测量。

  光致电离是光子与原子中的电子相互作用的过程。当一个光子撞击氦原子的两个电子,光子的能量被其中一个电子全部吸收,或者被两个电子共同吸收。无论能量如何转移,都有一个电子会脱离原子。这个过程被称为光电效应,爱因斯坦在20世纪初对此做了解释。

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  氦原子光致电离过程示意图

  物理学家们近几年已经发现,从一个光子与电子相互作用开始到其中一个电子脱离原子,一共持续5~15 as(1as=10-18s)。近日,来自马克斯·普朗克量子光学研究所(MPQ)、慕尼黑科技大学(TUM)和路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学(LMU或慕尼黑大学)的激光物理学家们首次得到了850 zs(1zs=10-21s)的精确测量结果。

  为了激发氦原子中的电子,研究人员用脉冲宽度为阿秒级的极紫外(XUV)光脉冲照射原子。同时用脉冲宽度约4 fs(1fs=10-15s)的红外光脉冲照射原子。一旦电子被极紫外光激发脱离原子,在红外光脉冲的电磁场作用下,电子发生加速或者减速,通过这种速度的变化,物理学家们就能以仄秒精度来测量光电效应了。

  研究者们也首次从量子力学的角度确定,在一个粒子发射前的几阿秒内,入射光子的能量如何在氦原子的两个电子中分配。 氦原子只有两个电子,是唯一一个能用量子力学方法完全计算的多电子系统。这让它有可能使理论值与实验结果相吻合。

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  一旦光子将氦原子的一个电子激发而脱离原子,就能够计算剩余电子的可能位置。电子最有可能所处的位置就是图中原子核周围最亮的区域。

  激光物理学家们通过仄秒时间的计量实验,填补了量子力学中对氦原子计量的空白,也因此将微观世界的测量准确性提升至一个全新的维度。

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