除非你是像閃電俠這樣的超級(jí)英雄,，否則分子世界的移動(dòng)速度比任何人類(lèi)都快。例如在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中,，一個(gè)微小的電子從原子的一邊移動(dòng)到另一邊,，只需要幾百阿秒的時(shí)間。首先將1秒分成10億份,，現(xiàn)在把其中的一塊再分成10億個(gè)碎片,，這是一個(gè)阿托秒：這是一個(gè)阿秒（阿托秒或atto秒）：十億分之一秒的十億分之一秒（或者1 x 10^-18秒）。
圖中所示的attoclock可以測(cè)量激光脈沖,，這是十億分之一秒的十億分之一秒,。圖片：Terry Anderson / SLAC National Accelerator Laboratory
這是非常短的時(shí)間，但是為了了解我們周?chē)孔邮录牟豢梢?jiàn)宇宙,，科學(xué)家需要一種方法來(lái)測(cè)量在這個(gè)阿托秒尺度上的分子作用,。根據(jù)發(fā)表在《自然光子學(xué)》雜志3月刊上的一篇新論文，一組科學(xué)家已經(jīng)找到了一種新的方法來(lái)做到這一點(diǎn)，一個(gè)新的“attoclock”可以讓時(shí)間達(dá)到令人難以置信的微小時(shí)間尺度,。研究報(bào)告的作者之一,、SLAC和斯坦福PULSE研究所的資深科學(xué)家Ryan Coffee說(shuō)：在宇宙的年齡中，有一半的時(shí)間是在一秒內(nèi)發(fā)生的,，100阿秒(百萬(wàn)分之一秒的十分之一秒)是我們測(cè)量設(shè)備的潛在分辨率,。
測(cè)量即時(shí)事件信息
SLAC實(shí)驗(yàn)室是世界上一些速度最快的x射線激光器的發(fā)源地，它能夠發(fā)射的脈沖僅能持續(xù)幾十秒,。當(dāng)指向單個(gè)原子和分子時(shí),，閃爍的速度可以使SLAC稱(chēng)為“分子電影”——這是一系列在attosecond timescale上拍攝的照片，捕捉了運(yùn)動(dòng)中的化學(xué)元素,。但是,，拍攝量子物理事件的一個(gè)問(wèn)題是，到目前為止,，還沒(méi)有一種非?？煽康姆椒▉?lái)測(cè)量這些超快的x射線爆炸到底有多快或多強(qiáng)——而且沒(méi)有精確的測(cè)量，科學(xué)家無(wú)法解釋他們從這些分子電影中收集到的數(shù)據(jù),。在他們最近的論文中描述了一種新的分子計(jì)時(shí)方法,，叫做“attoclock”。
這一設(shè)備是10年前由瑞士物理學(xué)家提出的,，才剛剛開(kāi)始用SLAC這樣的實(shí)驗(yàn)來(lái)達(dá)到其不可思議的潛力,。在SLAC實(shí)驗(yàn)室attoclock是直徑約2英尺(0.6米)坐落在一個(gè)小真空室，時(shí)鐘是由16個(gè)圓柱形探測(cè)器排列成一圈像車(chē)輪的輻條,。為了啟動(dòng)時(shí)鐘,，一個(gè)目標(biāo)原子或分子被放置在圓形的中心，在那里它被一個(gè)來(lái)自實(shí)驗(yàn)室的attosecond激光器的超快脈沖所摧毀,。當(dāng)脈沖撞擊原子時(shí),，原子就會(huì)電離并釋放出一些電子。激光的旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)有助于將這些自由電子引導(dǎo)到16個(gè)探測(cè)器之一,。研究人員可以精確地說(shuō)出在激光爆炸中有多少能量,，以及當(dāng)它通過(guò)追蹤電子的位置到達(dá)目標(biāo)時(shí)。
這就像在看手表,，電子可能會(huì)在1點(diǎn)鐘或3點(diǎn)或任何時(shí)間的任何地方撞擊探測(cè)器,，可以從它在x射線脈沖產(chǎn)生時(shí)的確切位置判斷。該團(tuán)隊(duì)的attoclock實(shí)驗(yàn)比預(yù)期效果更好,，技術(shù)升級(jí)只會(huì)讓設(shè)備在未來(lái)幾年更加精確,。有了這些細(xì)節(jié)就能辨別出全新的化學(xué)行為，在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中,，實(shí)驗(yàn)室的超精密分子電影能夠以令人難以置信的清晰度捕捉到單個(gè)分子的行為,。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)甚至可以幫助解釋像手性這樣的現(xiàn)象,，這是基于分子在反應(yīng)過(guò)程中移動(dòng)和變化的方式?？梢蚤_(kāi)始研究大自然為什么把分子塑造成所做的形狀,。在接下來(lái)的幾年里繼續(xù)關(guān)注更多的原子更新。它只需要幾秒鐘的時(shí)間,。
博科園-科學(xué)科普｜文：Brandon Specktor/Live Science
