科學家首次拍攝到電子運動系列照片

一個歐洲研究小組首次成功使用阿秒激光脈沖觀測分子里的電子運動。相關研究發表在6月10日出版的《自然》雜志上。
　　為理解化學反應，科學家必須知道分子中電子的行為。但由于電子運動速度太快，一直以來，觀測電子始終遭遇技術瓶頸。現在，一個由多國成員組成的歐洲研究小組在阿秒激光脈沖的幫助下攻克了這一難題。
　　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，飛秒激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10-18秒，在1阿秒內光只走不到百萬分之一毫米，也只有阿秒級激光才能“趕上”分子內的電子。為產生這樣短的激光脈沖，物理學家付出了巨大的努力，直到2001年，研究人員才首次成功研發出脈沖長度為250阿秒的激光脈沖。現在，科學家終于成功用阿秒激光拍攝出了分子內“電子運動”的系列照片。
　　物理學家們最先研究的是氫分子，這是兩個質子和兩個電子構成的最簡單的分子結構。研究人員先用一個阿秒激光脈沖照射氫分子，使一個電子從分子中刪除，分子被電離；然后再用紅外激光束將其剪為兩部分，這樣就可以觀察到兩個部分的電荷分配情況。因為缺少一個電子，剪切后一部分呈中性，另一部分帶正電，剩余的電子也就包含在了中性部分里，這就給研究人員有針對性地觀測電子運動提供了可能。參與研究的馬克斯-玻恩非線性光學和光譜短脈沖研究所（MBI）主任馬克·弗拉肯教授說：“我們的實驗首次證明，通過阿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們帶來了驚喜，但為了能更好地闡明他們的測量，馬德里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，帶來了全新的發現。這些計算結果表明，該問題的復雜性遠遠大于以前的設想。研究人員表示：“我們還遠沒有解決問題，正如原先我們認為的，我們只打開一扇門，整個項目實際上會更加重要和有趣。”
　　背景：更短暫的激光脈沖意味著更廣闊的科研領域。一個月前，德國一家研究所剛剛發布其12阿秒激光脈沖的佳績。阿秒是個什么概念？這么說吧，100阿秒相對于1秒，如同1分鐘相對于整個宇宙壽命的140億年！如此短暫的激光脈沖成為科學家得以窺視微觀世界的火眼金睛，就好比高速攝影機讓我們看到了足球場上射門的慢鏡頭。理論上，激光脈沖甚至可以在仄秒級實現（1阿秒=1000仄秒）。屆時，即使原子核內部的“家長里短”也將昭然天下。