仄秒（10^-21s）：最短時間的新紀錄

2020-10-18 王大可的科科

1999年，埃及化學家艾哈邁德·澤維爾因獲得諾貝爾化學獎。他的獲獎工作是用飛米雷射觀察到，在化學反應中分子中的原子如何運動。飛秒是一千萬億分之一秒，也就是10-15s.

哈邁德·澤維爾榮獲1999年諾貝爾化學獎

現在，德國的法蘭克福大學的原子物理學教授——萊因哈德·德納及其團隊，對一個比飛秒過程快幾個量級的過程進行了研究。他們測量了一個光子穿過一個氫分子需要多長時間。答案是大約247仄秒。一仄秒是一百萬分之一飛秒（10-21s）。這是目前為止人類測量到的最短時間間隔。

為了測量這麼短的時間，他們用X射線照射氫分子（H2）。他們調整X射線的頻率，使得單個光子有足夠的能量將氫分子裡的兩個電子都打出來。

這裡打一個比方。打水漂時，向水面水平扔一個石頭，石頭會前後多次觸碰水面。為了方便說明，我們假設石頭前後兩次觸碰水面。這兩次觸碰水面激起兩列波，而這兩列波可以發生幹涉行為——波峰遇到波峰會相長，波峰遇到波谷會相消。幹涉形成的條紋可以用來計算石頭兩次觸碰水面地點的間距。假如又知道石頭的速度，便可以求出兩次觸碰的時間間隔。


幹涉條紋


而德納他們做的，就是用光子替換石頭，打出氫分子裡的兩個電子，形成兩束電子波（量子力學的波粒二象性——粒子也是波）。通過測量幹涉條紋，求出光子打出兩個電子的時間間隔，也就是光子穿越氫分子的時間間隔。當然，氫分子是略微長條狀，因此其空間角度也會影響測量結果。但德納給出的結果是，這個時間不長於247仄秒。


光子-黃色球；兩個氫原子核-紅色球；電子云-灰色陰影；幹涉條紋-紫色條紋


最後，我們看一下時間的各種單位（按 中文名稱—英文符號—數值 列出），體會一下仄秒究竟有多短。

毫秒—ms—10-3s

微秒—us—10-6s

納秒—ns—10-9s

皮秒—ps—10-12s

飛秒—fs—10-15s

阿秒—as—10-18s

仄秒—zs—10-21s

相關連結：

1. phys.org 報導 https://phys.org/news/2020-10-zeptoseconds-world-short.html

2. Science 論文 https://science.sciencemag.org/content/370/6514/339

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