诺贝尔物理学奖周二授予三名科学家表彰他们在阿秒方面的工作,这几乎是难以想象的短时间。
专家告诉法新社,他们使用激光的工作为科学家提供了观察甚至可能操纵电子的工具,这可能会促进电子和化学等领域的突破。
阿秒有多快?
阿秒是十亿分之一秒。
举个简单的例子,一秒内的阿秒数大约相当于宇宙 138 亿年历史中的秒数。
瑞士苏黎世联邦理工学院研究员汉斯·雅各布·韦尔纳告诉法新社,阿秒是“我们可以直接测量的最短时间尺度”。
为什么我们需要这样的速度?
能够在这个时间尺度上运行非常重要,因为这是电子(原子的关键部分)运行的速度。
例如,电子绕氢原子核一周需要 150 阿秒。
这意味着对阿秒的研究使科学家能够了解以前无法实现的基本过程。
沃尔纳说,所有电子设备都是由电子运动调节的,目前的“速度限制”是纳秒。
他补充说,如果微处理器切换到阿秒,“处理信息的速度可能会快十亿倍”。
你如何衡量它们?
三位新诺贝尔奖得主之一、瑞典裔法国物理学家 Anne L'Huillier 是第一个发现撬开阿秒世界的工具的人。
它涉及使用高功率激光器产生极短周期的光脉冲。
曾与 L'Huillier 合作过的法国光与物质研究所研究员 Franck Lepine 告诉法新社,这就像“为电子打造的电影”。
他将其与法国电影先驱卢米埃尔兄弟的作品进行了比较,“卢米埃尔兄弟通过拍摄连续的照片来剪辑场景”。
伦敦帝国理工学院的激光物理学教授约翰·蒂施(John Tisch)表示,它“就像一种速度极快的脉冲光设备,我们可以用它照射材料以获得有关其在该时间尺度上的响应的信息”。
我们能走多低?
周二的三位获奖者都曾一度保持着最短光脉冲的记录。
2001年,法国科学家皮埃尔·阿戈斯蒂尼的团队成功地发出了仅持续250阿秒的脉冲。
L'Huillier 的团队在 2003 年以 170 阿秒打破了这一纪录。
2008 年,匈牙利裔奥地利物理学家 Ferenc Krausz 通过 80 阿秒脉冲将这个数字减少了一半以上。
目前“最短光脉冲”吉尼斯世界纪录的保持者是沃尔纳的团队,时间为43阿秒。
沃尔纳估计,使用当前技术,时间可能会低至几阿秒。但他补充说,这将推动这一进程。
未来会怎样?
专家表示,利用阿秒的技术在很大程度上尚未进入主流,但前景一片光明。
到目前为止,科学家大多只能使用阿秒来观察电子。
沃尔纳说,“但基本上尚未触及的——或者说刚刚开始可能的——是控制”电子,操纵它们的运动。
这可能会带来更快的电子产品,并可能引发化学革命。
沃尔纳说:“我们不会局限于分子的自然行为”,而是可以“根据需要定制它们”。
他补充说,所谓的“原子化学”可以带来更高效的太阳能电池,甚至可以利用光能来生产清洁燃料。
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