阿秒光源:捕捉電子軌跡的神器

2020-12-06 每日萊智能餐飲

阿秒,是一個嶄新的概念,這一概念像是一個人的乳名,但是作為嚴謹物理學概念的「阿秒」卻甚是端莊正式,它是目前人類掌握的最小時間分辨尺度,作為時間單位,它小到了超出人們的想像。阿秒級的運動肯定是無法用肉眼看到的,因為它只有百億億分之一秒。

鏈科技小編今天的話題就是阿秒,且與一種光源相伴而來。日前的香山科學會議第658次學術討論會聚焦了阿秒光源前沿科學與應用。我們知道,決定物質基本性質的超快電子運動通常發生在阿秒量級的時間尺度,要想觀測到電子運動這種超快過程,就需要超高速攝影技術,而阿秒光源就是一種捕捉電子運動的超快光學技術。

人體的功能是具有極大局限性的,各種感官的辨識幅度其實只是自然界全譜系中窄窄的一段,更大範圍則是盲區,那麼人類只有通過工具來延展自身的感知範圍,以此突破人體局限。人眼的視覺暫留時間一般為0.1—0.4秒,當物體的快速運動過程短於0.1秒時,我們就無法看清其運動過程,對於原子內部的電子運動,我們因此需要一個超高速相機將其記錄下來,然後慢放,才能看清。

2001年,奧地利科學家首次實現了阿秒脈衝的產生,使人類得以深入原子結構內部觀測並記錄電子運動,超快科學及技術的發展迎來了阿秒時代。阿秒脈衝就是持續時間在阿秒量級的超短閃光。如果把阿秒光源比作一臺相機,那麼阿秒脈衝就是這個相機的「快門」。

人的感覺局限性早已被身體設定,好在人類除了眼耳鼻舌身之外,還有第六感——意。這種出自大腦的功能彌補了人類感官的不足,大腦可以思考到看不到的、聽不到的聲音,當然也可設計製造能夠延展人類能力的各種工具。

經過近20年的發展,人們已經成功將阿秒技術應用於原子、分子、納米體系甚至固體中超快電子運動的測量和調控研究,為諸多潛在應用開闢了嶄新的道路。比如,在生物醫學領域,當前普遍認為癌症誘因是紫外輻射導致的DNA損傷。藉助阿秒脈衝,科學家就有可能在更微觀、更基礎層面看清DNA損傷內在的電子運動過程,理清紫外輻射導致的DNA損傷與腫瘤癌變的生理關聯。

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