阿秒物理——2023年诺贝尔物理学奖解读

2023年诺贝尔物理学奖授予美国俄亥俄州立大学的皮埃尔·阿戈斯蒂尼(Pierre AGOSTINI)、德国马克斯普朗克量子光学研究所的费伦茨·克劳斯(Ferenc KRAUSZ)和瑞典隆德大学的安妮·吕利耶(Anne L’HUILLIER),他们在实验上产生了高次谐波、阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲,为阿秒物理奠定了基础。详细介绍了高次谐波和阿秒脉冲的产生及其在强场超快光学领域的应用,并展望了其在超快探测过程中面临的机遇。

阿秒物理学

阿秒是电子在原子内部运动的时间尺度:电子绕氢原子核一周大约是150阿秒(1阿秒为10^(-18)秒);而阿秒物理学(attosecond physics)是研究这样一个超短时间尺度内所产生的一切现象,其中包括原子内部电子、原子核的运动。开展阿秒物理学研究将拓展在飞秒(1飞秒为10^(-15)秒)时间尺度内对分子的核运动的研究范围,使直接观测约100阿秒时间尺度内电子的运动成为可能,这对于人们认识更短时间内微观世界的物质运动将有非常重要的意义。

原子“摄影”迈向阿秒物理

普通照相机无法拍摄到原子内部电子的运动情况。然而 ,超快激光脉冲的出现为人们抓拍在原子核附近的能级上跳跃的电子提供了必要的“快门速度”

从脉冲激光到阿秒光源,从光电效应到阿秒物理--解读2023年度诺贝尔物理学奖

2023年诺贝尔物理学奖授予超快激光科学和阿秒物理领域的三位科学家,以表彰他们在阿秒光脉冲的产生和应用上做出的卓越贡献。阿秒光脉冲的产生,使得人们可以在亚原子尺度上研究电子的超快运动,打开通向“电子世界”的大门。目前,基于阿秒光脉冲发展的阿秒光子/电子谱学已经成为物理、化学、生物等众多领域重要的研究手段。文章将简要介绍阿秒光脉冲的研究背景、产生、测量方法及其在电子超快动力学研究中的应用。

飞秒激光驱动的阿秒X射线脉冲光源

超短X射线脉冲光源可以用于超快动力学过程的测量，在物理、材料、生物、医学等领域都有重要的科学意义和应用价值。目前，亚飞秒和阿秒物理学已经成为物理学中短时间尺度的前沿。对超强飞秒激光与高能电子、原子及分子相互作用产生超短X射线脉冲的新机制进行了研究，提出了下列产生单个阿秒脉冲的新方案：基于超强飞秒激光与高能电子相互作用的汤姆逊散射，产生单个阿秒甚至亚阿秒的超短脉冲，采用紧聚焦的激光束可以改善获得单色性非常好的X射线光源；采用高强度多光周期的飞秒激光作用于原子实现单阿秒脉冲输出；利用飞秒激光与不对称分子相互作用，产生奇偶并存的高次谐波，并可以采用多光周期飞秒激光脉冲实现单阿秒脉冲输出；

强场隧穿电离模式下的氦原子电离时间问题研究

电子隧穿电离动力学在阿秒物理学领域具有极为重要的作用,电子隧穿电离时间是该领域的最基本问题之一,在理论和实验上仍然存在着广泛的争议.本文通过数值求解含时薛定谔方程,计算了阶跃强激光场作用下He原子中单电子隧穿电离时间,计算结果表明电子隧穿合成势垒的最大概率流密度时间和基态波函数演化到连续态的时间与Keldysh时间非常接近讨论了电子隧穿时间为什么不能定义为最大电离率和激光峰值之间的延时的原因.相比其他文献给出的隧穿时间定义,基态波函数演化到连续态的时间与实际的电离过程更为相符,把该时间定义为电子隧穿合成势垒的时间更为确切.根据本文的分析结果,提出了采用光场合成技术测量电子实际的隧穿电离时间的实验方案.

分子超快行为精密测量与控制

分子是组成物质的基本单位,揭示分子内部的动态演化过程是理解宏观物理机制、实现有效调控不可或缺的手段。在超快激光技术和符合探测技术飞速发展的驱动下,人们获得了观测分子内部超快动力学过程的有力工具。技术的不断革新将分子超快动力学的研究推向新的科学前沿。

2002年十大科技进展

从小核糖核酸、中微子、基因组、宇宙、阿秒物理、对温度的味觉、冻结图像、清晰的星空、视网膜接受器及人类最早的祖先 ,《科学》杂志回顾———