激光物理学家首次以仄秒精度测量光致电离

近日，激光物理学家首次以仄秒精度测量了光致电离，即10^-21级测量。慕尼黑技术大学的科学家表示，这是迄今为止微观世界时间测定获得的最高精确度，也是光致电离时间尺度的首次绝对测量。

光致电离是光子与原子中的电子相互作用的过程。当一个光子撞击氦原子的两个电子，光子的能量被其中一个电子全部吸收，或者被两个电子共同吸收。无论能量如何转移，都有一个电子会脱离原子。这个过程被称为光电效应，爱因斯坦在20世纪初对此做了解释。

氦原子光致电离过程示意图

物理学家们近几年已经发现，从一个光子与电子相互作用开始到其中一个电子脱离原子，一共持续5～15 as(1as=10^-18s)。近日，来自马克斯·普朗克量子光学研究所(MPQ)、慕尼黑科技大学(TUM)和路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学(LMU或慕尼黑大学)的激光物理学家们首次得到了850 zs(1zs=10^-21s)的精确测量结果。

为了激发氦原子中的电子，研究人员用脉冲宽度为阿秒级的极紫外(XUV)光脉冲照射原子。同时用脉冲宽度约4 fs(1fs=10^-15s)的红外光脉冲照射原子。一旦电子被极紫外光激发脱离原子，在红外光脉冲的电磁场作用下，电子发生加速或者减速，通过这种速度的变化，物理学家们就能以仄秒精度来测量光电效应了。

研究者们也首次从量子力学的角度确定，在一个粒子发射前的几阿秒内，入射光子的能量如何在氦原子的两个电子中分配。 氦原子只有两个电子，是唯一一个能用量子力学方法完全计算的多电子系统。这让它有可能使理论值与实验结果相吻合。

一旦光子将氦原子的一个电子激发而脱离原子，就能够计算剩余电子的可能位置。电子最有可能所处的位置就是图中原子核周围最亮的区域。

激光物理学家们通过仄秒时间的计量实验，填补了量子力学中对氦原子计量的空白，也因此将微观世界的测量准确性提升至一个全新的维度。