周二,诺贝尔物理学奖授予三名科学家,以表彰他们在阿秒(阿秒)方面的研究成果,阿秒是几乎难以想象的短时间段。
专家告诉法新社,他们使用激光的工作为科学家提供了观察甚至可能操纵电子的工具,这可能会促进电子和化学等领域的突破。
周二,诺贝尔物理学奖授予三名科学家,以表彰他们在阿秒(阿秒)方面的研究成果,阿秒是几乎难以想象的短时间段。
专家告诉法新社,他们使用激光的工作为科学家提供了观察甚至可能操纵电子的工具,这可能会促进电子和化学等领域的突破。
阿秒有多快?
阿秒是十亿分之一秒。
举个简单的例子,一秒内的阿秒数大约相当于宇宙 138 亿年历史中的秒数。
瑞士苏黎世联邦理工学院研究员汉斯·雅各布·韦尔纳告诉法新社,阿秒是“我们可以直接测量的最短时间尺度”。
阿秒比秒小得惊人。 (约翰·贾内斯塔德/瑞典皇家科学院)
为什么我们需要这样的速度?
能够在这个时间尺度上运行非常重要,因为这是电子(原子的关键部分)运行的速度。例如,电子绕氢原子核一周需要 150 阿秒。
这意味着对阿秒的研究使科学家能够了解以前无法实现的基本过程。
沃尔纳说,所有电子设备都是由电子运动调节的,目前的“速度限制”是纳秒。
他补充说,如果微处理器切换到阿秒,“处理信息的速度可能会快十亿倍”。
你如何衡量它们?
三位新诺贝尔奖得主之一、瑞典裔法国物理学家 Anne L'Huillier 是第一个发现撬开阿秒世界的工具的人。它涉及使用高功率激光器产生极短周期的光脉冲。
曾与 L'Huillier 合作过的法国光与物质研究所研究员 Franck Lepine 告诉法新社,这就像“为电子打造的电影”。
他将其与法国电影先驱卢米埃尔兄弟的作品进行了比较,“卢米埃尔兄弟通过拍摄连续的照片来剪辑场景”。
伦敦帝国理工学院的激光物理学教授约翰·蒂施(John Tisch)表示,它“就像一种速度极快的脉冲光设备,我们可以用它照射材料以获得有关其在该时间尺度上的响应的信息”。
我们能走多远?
周二的三位获奖者都曾一度保持着最短光脉冲的记录。
2001 年,法国科学家皮埃尔·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini) 的团队成功地发出了仅持续 250 阿秒的脉冲。
2003 年,L'Huillier 团队以 170 阿秒打破了这一记录。
2008 年,匈牙利裔奥地利物理学家费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 通过 80 阿秒脉冲将这一数字减少了一半以上。
目前“最短光脉冲”吉尼斯世界纪录的保持者是沃尔纳的团队,时间为43阿秒。
沃尔纳估计,使用当前技术,时间可能会低至几阿秒。但他补充说,这将推动这一进程。
今年的获奖者是皮埃尔·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·卢利尔 (Anne L'Huillier)。
未来会怎样?
专家表示,利用阿秒的技术在很大程度上尚未进入主流,但前景一片光明。
到目前为止,科学家大多只能使用阿秒来观察电子。
沃尔纳说,“但基本上尚未触及的——或者说刚刚开始成为可能的——是控制”电子,操纵它们的运动。
这可能会带来更快的电子产品,并可能引发化学革命。
沃尔纳说:“我们不会局限于分子的自然行为”,而是可以“根据需要定制它们”。
他补充说,所谓的“原子化学”可以带来更高效的太阳能电池,甚至可以利用光能来生产清洁燃料。
© 法新社