德國極遠紫外激光器挑戰愛因斯坦

5月6日消息，據美國《連線》雜志報道，一項最新研究指出，超強激光可以激發從原子內部發射出的電子束。這種光電效應的擴展，促使物理學家必須重新考慮光什么時候是波，什么時候是粒子。光電效應是指一個光子把原子邊緣的一個電子撞掉。 　　德國柏林國家物理技術研究所(Physikalisch-Technische Bundesansalt)的馬西亞斯·里克特是發表在美國《物理評論快報》上的這項研究的論文作者。他說：“光電效應是用來證明光具有粒子特征的最著名的效應。現在我們說，如果你采用這些高強度激光器，用光波圖能更好地描述光電效應。”19世紀30年代以來，科學家一直用光來從原子激活(獲取)電子。科學家根據光電效應制成了早期的攝影機、數碼相機、太陽能電池、夜視鏡，并使愛因斯坦獲得諾貝爾物理學獎。
　　物理學家認為電子的能量應該根據光的強度而定，或者根據它在特定時間段內向指定區域輸入多少能量而定。因此當1902年一位德國物理學家證實了電子的能量是由光的顏色(或頻率)而定時，他們都感到特別吃驚。三年后愛因斯坦指出，光既是光波又是粒子，從而幫助解決了這個謎題。被稱作光子的光粒子攜帶多少能量要根據它們的頻率而定。但是愛因斯坦從沒用極其強烈的光做過這種實驗。在最初的光電效應試驗中，一個光子被用來擊出一個電子，就像一顆臺球擊中另一顆臺球一樣。第一個被擊出的電子是位于最外層的電子，因為原子保持它們所需的能量更少。
　　在這項最新研究中，物理學家利用X射線激光器發射氙原子，這種激光器利用極端紫外線能量范圍的光子發射原子，它的強度大約是可見光的40倍。氙原子一次失去21個電子，這表明它同時被50個光子擊中。不僅如此，而且被擊出的第一批電子來自原子的內部區域，這就如同你從第二層開始剝洋蔥一樣。俄亥俄州立大學的物理學家路易斯·迪馬爾洛在加利福尼亞州使用高能X射線激光器——直線性連續加速器光源(Linac Coherent Light Source)進行研究，他說：“我們把一個原子放入這些強激光束下時，我們一般會從最外層開始分拆電子。如果他們說的是正確的，光源會從內層開始剝掉原子的電子。我認為這種說法很有道理。”
　　里克特認為，進入的光子不僅像臺球，它還像波。他說：“用單一的光子很難描述它。我們把它們看成一個相互作用，共同合作的團體會更好理解一些。”光能破壞了內部電子的穩定性，促使它們突然擺脫原子的束縛。它們的飛出為外層電子進入提供了洞口，它們在運行期間釋放的能量，會使更多電子擺脫原子的束縛。里克特說：“這是愛因斯坦的光電效應的完美擴展。這是極端環境下的光電效應，用光波圖比用粒子圖更容易解釋它。”雖然迪馬爾洛警告說，人們需要對這個觀點進行更加嚴格的檢驗，但是他說：“這是一個令人倍感興奮的研究結果。我認為他們的推測有一定道理，但是這些只是有關這種基本方法的首批試驗。要想知道它是否正確，還需要更多證據。”