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科學家首次拍攝到電子運動係列照片(piàn)

發布時間:2010-06-17 作者: 來源(yuán): 瀏覽:305725

      一個歐(ōu)洲研究小組首次成功使用阿(ā)秒激光脈衝觀測分子裏的電子運動。相關研(yán)究發表在6月10日出版的《自然》雜誌上。
  為理解化學反應,科學家必須知道分子中電子的行(háng)為。但(dàn)由於電子運動速度太快(kuài),一直以來,觀(guān)測電子始終遭遇技術瓶頸。現在,一個由多國成員組(zǔ)成(chéng)的歐洲研究小組在(zài)阿秒激光脈衝的幫助下攻克了(le)這一難題。
  20世紀80年代以來,科學家借助飛秒激光的幫助研究分子和原子(1飛秒=10-15秒);然而,飛秒(miǎo)激(jī)光可以追蹤到原子和分子的運動,卻跟不上電子的運動。而1阿秒是(shì)10-18秒,在1阿秒(miǎo)內光隻走不到(dào)百萬分之一毫米,也隻有阿(ā)秒級激光才能“趕上”分子內的電子。為產(chǎn)生這樣短的激光脈衝,物理(lǐ)學家(jiā)付出了巨大的努力,直到2001年,研究人員才(cái)首次成功研發出脈衝長度為250阿秒的激光脈衝(chōng)。現在,科學家終於(yú)成功用阿(ā)秒激光拍攝出了分(fèn)子內“電(diàn)子運動”的係列照片(piàn)。
  物理學家們最(zuì)先研(yán)究的是氫分子,這是兩個質子和兩個(gè)電子構成的(de)最簡單的(de)分子結構。研究人員先用一個阿秒激光脈衝照射氫分子,使一個電子從分子中刪除,分子被電離(lí);然後再(zài)用紅外激光束將其剪為兩部分,這樣就可以(yǐ)觀察到兩個部分的電荷分配情況。因為缺少一個電子,剪切後一部分呈(chéng)中性,另一部分帶(dài)正電,剩餘的電子也就包含在了中性部分裏,這就給研究人員有針對性地觀測電子運動提供了可能。參(cān)與(yǔ)研究的馬克斯-玻恩非線性光學和(hé)光譜短脈(mò)衝研究所(MBI)主任馬克?弗拉肯教授(shòu)說(shuō):“我們的實驗首次證明,通(tōng)過阿(ā)秒激光我們的確有了能夠觀察分子中電子運動的能力。”
  盡管歐洲團隊的阿秒激光實驗給科學家(jiā)們帶來了驚喜,但為了能更(gèng)好地闡(chǎn)明(míng)他們的測量,馬德裏大學的一個理論研究小組又加入了該項目。他們花了150萬小時的電腦計算時間,帶來(lái)了全(quán)新(xīn)的發現。這些計算結果表明,該(gāi)問題的複雜性遠(yuǎn)遠大於以前的設(shè)想。研究人員表示:“我們還(hái)遠沒有解決問題,正(zhèng)如原先我們認為的,我(wǒ)們(men)隻(zhī)打開一扇(shàn)門(mén),整個項目(mù)實際上會更加重要和有趣。”
  背景(jǐng):更短暫的激(jī)光脈衝意(yì)味(wèi)著更(gèng)廣闊的科研領域。一個月前,德國一家研究所剛剛發布其12阿秒激光脈衝的佳績。阿秒是個什(shí)麽概念?這麽說吧,100阿秒相對於1秒,如同1分鍾相對於整個宇宙壽命的140億年!如此短暫(zàn)的激光脈衝成為科學家得(dé)以窺視微觀世界的火眼金睛,就好比高速攝(shè)影機讓我(wǒ)們看到了足球場上射門的慢鏡頭。理論上,激光脈衝甚至可以(yǐ)在仄秒級實現(1阿秒=1000仄秒)。屆時,即使原子核內(nèi)部的(de)“家長裏短”也將昭然天(tiān)下。 

 
 
 

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