激光物理學家首次以仄秒精度測量光致電離

來自馬克斯·普朗克量子光學研究所(MPQ)、慕尼黑科技大學(TUM)和路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學(LMU或慕尼黑大學)的激光物理學家們首次得到了850 zs(1zs=10-21s)的精確測量結果。近日,激光物理學家首次以仄秒精度測量了光致電離,即10-21級測量。

慕尼黑技術大學的科學家表示,這是迄今為止微觀世界時間測定獲得的最高精確度,也是光致電離時間尺度的首次絕對測量。

光致電離是光子與原子中的電子相互作用的過程。當一個光子撞擊氦原子的兩個電子,光子的能量被其中一個電子全部吸收,或者被兩個電子共同吸收。無論能量如何轉移,都有一個電子會脫離原子。這個過程被稱為光電效應,愛因斯坦在20世紀初對此做了解釋。

氦原子光致電離過程示意圖

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

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

研究者們也首次從量子力學的角度確定,在一個粒子發射前的幾阿秒內,入射光子的能量如何在氦原子的兩個電子中分配。 氦原子只有兩個電子,是唯一一個能用量子力學方法完全計算的多電子系統。這讓它有可能使理論值與實驗結果相吻合。

一旦光子將氦原子的一個電子激發而脫離原子,就能夠計算剩餘電子的可能位置。電子最有可能所處的位置就是圖中原子核周圍最亮的區域。

激光物理學家們通過仄秒時間的計量實驗,填補了量子力學中對氦原子計量的空白,也因此將微觀世界的測量準確性提升至一個全新的維度。

來源：中國激光