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得了诺贝尔奖的“阿秒”究竟是什么?

发表时间:2023-10-12   浏览次数:

北京时间10月3日17时50分许,瑞典皇家科学院宣布,2023年诺贝尔物理学奖花落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和慕尼黑路德维希马克西米利安大学的费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz)以及瑞典隆德大学的安妮·吕利耶(Anne L’Huillier),以表彰三位科学家在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面所做出的贡献。

我们都知道,时间是一种非常重要的物理量,它可以用来描述物质的运动和变化。我们常用的时间单位有秒、分、小时、天、年等,它们都是根据地球的自转和公转来定义的。但是,对于一些非常快速和微小的物理过程,这些时间单位就显得太大了,我们需要用更小的时间单位来测量和描述它们。

例如,光在真空中以每秒30万公里的速度传播,如果用秒来计算,那么光在一秒内就可以绕地球走七圈半。如果用分来计算,那么光在一分内就可以到达月球。如果用小时来计算,那么光在一小时内就可以到达太阳。如果用天来计算,那么光在一天内就可以到达冥王星。如果用年来计算,那么光在一年内就可以到达最近的恒星——太阳系外的半人马座α星。可见,对于光这样的超快速现象,我们需要用更小的时间单位来描述它。

那么,有没有比秒更小的时间单位呢?答案是肯定的。我们可以用科学计数法来表示更小的时间单位,例如毫秒(10-3秒)、微秒(10-6秒)、纳秒(10-9秒)、皮秒(10-12秒)、飞秒(10^-15秒)等。这些时间单位都是根据国际单位制(SI)来定义的,它们都是以秒为基础,通过乘以不同的10的负整数次幂来得到。这些时间单位虽然很小,但是对于一些物理过程来说,还是不够小。

例如,在原子核中,质子和中子之间的强相互作用力可以在10-23秒内发生变化,在分子中,电子之间的电磁相互作用力可以在10-18秒内发生变化,在原子中,电子和核之间的电磁相互作用力可以在10^-16秒内发生变化。这些时间尺度都比飞秒还要小得多,我们需要用更小的时间单位来描述它们。、

这时候,就出现了一个新的时间单位——阿秒(10^-18秒)。阿秒是目前已知的最小的时间单位,它相当于一亿亿分之一秒。阿秒是由匈牙利物理学家费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz)和奥地利物理学家莱因哈德·克尼特尔(Reinhard Kienberger)于2001年首次提出和实现的。他们利用了一种特殊的光源——阿秒脉冲(attosecond pulse),来产生和测量阿秒级别的物理过程。