除非你是像闪电侠这样的超级英雄，否则分子世界的移动速度比任何人类都快。例如在化学反应过程中，一个微小的电子从原子的一边移动到另一边，只需要几百阿秒的时间。首先将1秒分成10亿份，现在把其中的一块再分成10亿个碎片，这是一个阿托秒：这是一个阿秒（阿托秒或atto秒）：十亿分之一秒的十亿分之一秒（或者1 x 10^-18秒）。
图中所示的attoclock可以测量激光脉冲，这是十亿分之一秒的十亿分之一秒。
图片：Terry Anderson / SLAC National Accelerator Laboratory
这是非常短的时间，但是为了了解我们周围量子事件的不可见宇宙，科学家需要一种方法来测量在这个阿托秒尺度上的分子作用。根据发表在《自然光子学》杂志3月刊上的一篇新论文，一组科学家已经找到了一种新的方法来做到这一点，一个新的“attoclock”可以让时间达到令人难以置信的微小时间尺度。研究报告的作者之一、SLAC和斯坦福PULSE研究所的资深科学家Ryan Coffee说：在宇宙的年龄中，有一半的时间是在一秒内发生的，100阿秒(百万分之一秒的十分之一秒)是我们测量设备的潜在分辨率。
测量即时事件信息
SLAC实验室是世界上一些速度最快的x射线激光器的发源地，它能够发射的脉冲仅能持续几十秒。当指向单个原子和分子时，闪烁的速度可以使SLAC称为“分子电影”——这是一系列在attosecond timescale上拍摄的照片，捕捉了运动中的化学元素。但是，拍摄量子物理事件的一个问题是，到目前为止，还没有一种非常可靠的方法来测量这些超快的x射线爆炸到底有多快或多强——而且没有精确的测量，科学家无法解释他们从这些分子电影中收集到的数据。在他们最近的论文中描述了一种新的分子计时方法，叫做“attoclock”。
这一设备是10年前由瑞士物理学家提出的，才刚刚开始用SLAC这样的实验来达到其不可思议的潜力。在SLAC实验室attoclock是直径约2英尺(0.6米)坐落在一个小真空室，时钟是由16个圆柱形探测器排列成一圈像车轮的辐条。为了启动时钟，一个目标原子或分子被放置在圆形的中心，在那里它被一个来自实验室的attosecond激光器的超快脉冲所摧毁。当脉冲撞击原子时，原子就会电离并释放出一些电子。激光的旋转电场有助于将这些自由电子引导到16个探测器之一。研究人员可以精确地说出在激光爆炸中有多少能量，以及当它通过追踪电子的位置到达目标时。
这就像在看手表，电子可能会在1点钟或3点或任何时间的任何地方撞击探测器，可以从它在x射线脉冲产生时的确切位置判断。该团队的attoclock实验比预期效果更好，技术升级只会让设备在未来几年更加精确。有了这些细节就能辨别出全新的化学行为，在化学反应过程中，实验室的超精密分子电影能够以令人难以置信的清晰度捕捉到单个分子的行为。进一步的实验甚至可以帮助解释像手性这样的现象，这是基于分子在反应过程中移动和变化的方式。可以开始研究大自然为什么把分子塑造成所做的形状。在接下来的几年里继续关注更多的原子更新。它只需要几秒钟的时间。
博科园-科学科普｜文：Brandon Specktor/Live Science
发表于 2018-5-3 04:57
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