最新看見：電子在十億分之一秒內的移動

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除非你是像閃電俠這樣的超級英雄，否則分子世界的移動速度比任何人類都快。例如在化學反應過程中，一個微小的電子從原子的一邊移動到另一邊，只需要幾百阿秒的時間。首先將1秒分成10億份，現在把其中的一塊再分成10億個碎片，這是一個阿托秒：這是一個阿秒（阿托秒或atto秒）：十億分之一秒的十億分之一秒（或者1 x 10^-18秒）。

圖中所示的attoclock可以測量激光脈衝，這是十億分之一秒的十億分之一秒。圖片：Terry Anderson / SLAC National Accelerator Laboratory

這是非常短的時間，但是為了了解我們周圍量子事件的不可見宇宙，科學家需要一種方法來測量在這個阿托秒尺度上的分子作用。根據發表在《自然光子學》雜誌3月刊上的一篇新論文，一組科學家已經找到了一種新的方法來做到這一點，一個新的「attoclock」可以讓時間達到令人難以置信的微小時間尺度。研究報告的作者之一、SLAC和斯坦福PULSE研究所的資深科學家Ryan Coffee說：在宇宙的年齡中，有一半的時間是在一秒內發生的，100阿秒(百萬分之一秒的十分之一秒)是我們測量設備的潛在解析度。

測量即時事件信息

SLAC實驗室是世界上一些速度最快的x射線激光器的發源地，它能夠發射的脈衝僅能持續幾十秒。當指向單個原子和分子時，閃爍的速度可以使SLAC稱為「分子電影」——這是一系列在attosecond timescale上拍攝的照片，捕捉了運動中的化學元素。但是，拍攝量子物理事件的一個問題是，到目前為止，還沒有一種非常可靠的方法來測量這些超快的x射線爆炸到底有多快或多強——而且沒有精確的測量，科學家無法解釋他們從這些分子電影中收集到的數據。在他們最近的論文中描述了一種新的分子計時方法，叫做「attoclock」。

這一設備是10年前由瑞士物理學家提出的，才剛剛開始用SLAC這樣的實驗來達到其不可思議的潛力。在SLAC實驗室attoclock是直徑約2英尺(0.6米)坐落在一個小真空室，時鐘是由16個圓柱形探測器排列成一圈像車輪的輻條。為了啟動時鐘，一個目標原子或分子被放置在圓形的中心，在那裡它被一個來自實驗室的attosecond激光器的超快脈衝所摧毀。當脈衝撞擊原子時，原子就會電離並釋放出一些電子。激光的旋轉電場有助於將這些自由電子引導到16個探測器之一。研究人員可以精確地說出在激光爆炸中有多少能量，以及當它通過追蹤電子的位置到達目標時。

這就像在看手錶，電子可能會在1點鐘或3點或任何時間的任何地方撞擊探測器，可以從它在x射線脈衝產生時的確切位置判斷。該團隊的attoclock實驗比預期效果更好，技術升級只會讓設備在未來幾年更加精確。有了這些細節就能辨別出全新的化學行為，在化學反應過程中，實驗室的超精密分子電影能夠以令人難以置信的清晰度捕捉到單個分子的行為。進一步的實驗甚至可以幫助解釋像手性這樣的現象，這是基於分子在反應過程中移動和變化的方式。可以開始研究大自然為什麼把分子塑造成所做的形狀。在接下來的幾年裡繼續關注更多的原子更新。它只需要幾秒鐘的時間。

博科園-科學科普｜文：Brandon Specktor/Live Science

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