據物理學家組織網報道，世界最快的激光脈衝(chong) 能夠定格正在超速運行的電子和原子，美國亞(ya) 利桑那大學的物理學家利用這種脈衝(chong) 已經捕捉到分子分裂、電子從(cong) 原子裏逃逸出來的動態畫麵。他們(men) 的研究有助於(yu) 我們(men) 更好地了解分子過程，並最終在很多可能的應用中控製它們(men) 。

　　1878年，當時的一係列照片立刻解決(jue) 了一個(ge) 長期存在的謎題：是不是正在飛奔的馬始終都有一部分身體(ti) 接觸到地麵？結果證明不是。愛德華-穆布裏奇在賽馬跑道旁拍攝的這一係列圖片，標誌著高速攝影時代的開始。大約134年後，亞(ya) 利桑那大學物理學係的研究人員解決(jue) 了一個(ge) 類似的謎題，這次是一個(ge) 超速運行的氧分子取代了馬，超快、高能激光脈衝(chong) 取代了穆布裏奇的感光乳劑板。阿爾文-桑德胡及其科研組利用持續時間僅(jin) 為(wei) 0.0000000000000002秒的極端紫外線光脈衝(chong) ，設法定格氧分子在很短時間內(nei) 被高能擊中後產(chan) 生的超速動作。由於(yu) 科學家正在試著從(cong) 電子級別更好地了解量子過程，甚至最終控製這一過程，設計出新的光源，組合出新分子，或者是設計出新型超速電子元件，以及無數其他可能的發明，因此觀察原子和分子裏發生的極短事件變得越來越重要。

　　雖然桑德胡的科研組在產(chan) 生世界最短光脈衝(chong) 方麵，並不是世界紀錄保持者，但他們(men) 是最先把這些當做工具，用來解決(jue) 很多懸而未決(jue) 的科學問題的人。該科研組的最新成果，是展示氧分子在吸收過多能量而無法保持兩(liang) 個(ge) 原子之間的穩定性後，突然裂開的實時快照係列。該研究成果發表在《物理評論快報》上。揭開這麽(me) 短時間內(nei) 的分子過程，有助於(yu) 科學家更好地了解地球大氣層裏的臭氧形成和被摧毀背後的微觀動態。桑德胡把這一原理比喻成是設法給快速飛向擊球手的棒球拍照。他說：“如果我們(men) 利用常規相機，拍到的照片會(hui) 非常模糊，或者棒球根本顯示不出來。但是我們(men) 想很詳細地研究這個(ge) 球，它的表麵、它的縫合線，以及在任何特定時間它的確切位置。要做到這些有兩(liang) 種方法。你可以製造一個(ge) 擁有快門，能夠在球做任何運動前迅速開啟和關(guan) 閉的相機。或者利用稱之為(wei) 動態鏡檢查(Stroboscopy)的技術，你用光照射這個(ge) 棒球很短時間，並在這個(ge) 時間內(nei) 給它拍照。”

　　但是用原子或者電子取代棒球時，這種類比是不成立的。因為(wei) 微觀物體(ti) 的運行速度非常非常快，利用機械或者電子元件根本捕捉不到它們(men) 。桑德胡稱，定格原子級別的動作的唯一方法，就是利用持續時間隻有幾毫微微秒或者阿秒(比毫微微秒短1000倍)的光脈衝(chong) 。舉(ju) 例說明這種光脈衝(chong) 的持續時間，就是1阿秒相對於(yu) 1秒，相當於(yu) 1秒相對於(yu) 宇宙的年齡。為(wei) 了產(chan) 生阿秒時長的光爆，必須發出持續時間隻有毫微微秒的強烈激光脈衝(chong) 。桑德胡實驗室采用的毫微微秒激光脈衝(chong) 釋放的能量是1太瓦，相當於(yu) 整個(ge) 美國的電力網，隻是前者持續時間非常短暫。雖然毫微微秒激光脈衝(chong) 足以分辨分子運動，例如我們(men) 眼睛裏的視紫紅質，它們(men) 能在200毫微微秒內(nei) 改變結構，對進入眼睛的光子做出響應，但是毫微微秒激光脈衝(chong) 在捕捉更亮、運行速度更快的電子運動時，並不用“切開”它。

　　桑德胡實驗室的研究生尼蘭(lan) 加-施瓦倫(lun) 說：“我能在激光脈衝(chong) 產(chan) 生的強電場環境下，實時研究氦的原子結構發生了什麽(me) 變化。”桑德胡科研組把這項有關(guan) 阿秒電子動力學的突破性研究的成果，發表在早些時候的《物理評論快報》上。在他們(men) 的最新研究中，該科研組已經解決(jue) 一個(ge) 長期存在的爭(zheng) 論，即被高能光子擊中後，氧原子分裂需要1100毫微微秒。以前對這一現象的測量結果存在很大不同，最大相差100倍。這項研究的另一個(ge) 創新之處，是它為(wei) 測量電子擺脫超受激原子需要多長時間提供了方法。迄今為(wei) 止這一過程隻進行了理論模擬。桑德胡的科研組發現，這種自發電子發射發生在大約90毫微微秒內(nei) 。他解釋說：“我們(men) 經常假設，如果你把足夠多的能量輸入到一個(ge) 分子裏，就能迫使電子掙脫它的束縛。但是我們(men) 通過研究觀察到，分子把過剩能量轉移給周圍的其他電子和附近的原子，試圖與(yu) 它們(men) 分享能量，保住它的電子，直到它突然分裂的最後一刻。”

　　研究生、這篇論文的第一作者亨利-提莫斯應用阿秒激光研究氧分子的動態。他說：“我們(men) 對受激分子的物理性質了解的不多，這是因為(wei) 它們(men) 很難用數學方法進行模擬。你促使氧分子達到這種高能狀態時，它有多種途徑可以用來釋放過剩能量。我們(men) 能夠對每條路徑進行單獨分析，並分析電子脫離原子時會(hui) 出現什麽(me) 情況。”據桑德胡說，追蹤分子、原子和電子的運動，對了解天然或人造物體(ti) 的物理及化學過程非常重要。他解釋說：“高能紫外線持續轟擊我們(men) 的大氣層，刺激它裏麵的分子。導致這些分子分裂成過激原子，這促使臭氧形成或分解。這些現象對了解上層大氣的化學性質有分歧。能夠測量最短時間段內(nei) 分子內(nei) 的電子和原子的動態，對我們(men) 更好地了解這些分子的基本相互作用有幫助。不過更重要的是，它將為(wei) 我們(men) 提供控製或改變這些原子或分子的動態性質的方法，因為(wei) 現在我們(men) 已經擁有一種光脈衝(chong) ，它能對實時運動產(chan) 生影響。我們(men) 不再隻是在這些現象發生後，才開始研究它們(men) 之間的相互作用。事實上我們(men) 正在設法了解這種互動，並力求控製它，例如控製某一方向的化學反應。”

　　迄今為(wei) 止產(chan) 生的最短激光脈衝(chong) 持續67阿秒。據桑德胡說，就連持續時間更短的“仄普托秒”激光脈衝(chong) 也並非不可能產(chan) 生，但是現在阿秒是人們(men) 關(guan) 注的焦點。他說：“我們(men) 正在研究阿秒，是因為(wei) 我們(men) 想了解比分子運動更快的過程。影響我們(men) 的生活的實際方麵和我們(men) 身邊的技術，都受到電子和電子運動的製約。未來我們(men) 感興(xing) 趣的問題，是很多電子彼此結合在一起，結果會(hui) 出現什麽(me) 情況？現在這方麵的試驗具有很大挑戰性，理論性模擬根本不可能實現。這也是我們(men) 擁有高能和短時分辨率的原因。事實上現在我們(men) 已經能夠實時查看這些過程。”