Аттосекунда

Одна квинтиллионная доля секунды

Аттосекунда (сокращенно ) — единица времени в Международной системе единиц (СИ) , равная 10–18 ^или 1 ^⁄ 1 _{000 000 000 000 000 000} (один квинтиллион) секунды . ^[1] Аттосекунда равна секунде, как секунда соответствует примерно 31,71 миллиарду лет. ^[2] Аттосекунда — крошечная единица, но она имеет различные потенциальные применения: с ее помощью можно наблюдать колеблющиеся молекулы, химические связи, образуемые атомами в химических реакциях, и другие чрезвычайно маленькие и чрезвычайно быстрые вещи.

Общие измерения

• 0,247 аттосекунды: время прохождения фотона через «среднюю длину связи молекулярного водорода» ^[3]
• 24,189... аттосекунды: атомная единица времени ^[4]
• 43 аттосекунды: самые короткие импульсы лазерного света, когда-либо созданные ^[5]
• 53 аттосекунды: самый короткий электронный лазерный импульс из когда-либо созданных ^{[6] [7]}
• 53 аттосекунды: второй по длине импульс созданного лазерного света ^{[8] [9]}
• 82 аттосекунды (приблизительно): период полураспада бериллия -8 , максимальное время, доступное для процесса тройного альфа синтеза углерода и более тяжелых элементов в звездах ^[10]
• 84 аттосекунды: примерный период полураспада нейтрального пиона.
• 100 аттосекунд: самый быстрый в истории вид молекулярного движения ^[11]
• 320 аттосекунд: примерное время, необходимое электронам для перемещения между атомами ^{[12] [13]}

Историческое развитие

В 2001 году Ференц Крауш и его команда из Венского технического университета выпустили ультракоротковолновой (7 фемтосекунд) красный лазерный импульс в поток атомов неона , где оторванные электроны уносились импульсом и почти сразу же снова выбрасывались в неон. ядро. ^[14]

Зафиксировав аттосекундный импульс, физики также продемонстрировали его полезность. Они нацелили одновременно секундные и более длинноволновые красные импульсы на один тип атома криптона: сначала выбивали электроны; затем импульс красного света попал в электроны; наконец, энергия была проверена. Судя по разнице во времени этих двух импульсов, ученые получили очень точное измерение того, сколько времени потребовалось электрону на распад (сколько аттосекунд). Никогда прежде ученые не использовали столь короткий временной масштаб для изучения энергии электронов. ^[15]

Приложения

Необходимость в более точных единицах измерения

Кристаллическая решетка вибрирует, а молекулы вращаются в масштабе пикосекунд . Создание и разрыв химических связей и молекулярных колебаний происходят за фемтосекунды. Наблюдение движения электронов происходит в аттосекундном масштабе. ^[16]

Число электронов в атоме и их конфигурация определяют элемент . Поскольку аттосекундные импульсы быстрее, чем движение электронов в атомах и молекулах, аттосекунда предоставляет новый инструмент для контроля и измерения квантовых состояний материи. ^[17] Эти импульсы использовались для детального изучения физики атомов и молекул и имели потенциальное применение в самых разных областях — от электроники до медицины. ^[18]

Непосредственное наблюдение волновых колебаний света

Используя метод, называемый аттосекундной полосой, люди могут видеть электрические компоненты электромагнитных волн . Ученые начинают с газа, состоящего из атомов неона, и ионизируют их одним ультракоротким всплеском УФ-излучения , измеряемым в аттосекундах. Электрическое поле инфракрасного диапазона может тогда сильно влиять на движение электронов. Электроны будут перемещаться вверх и вниз по мере колебаний поля. В зависимости от того, когда электрон высвобождается, этот процесс будет излучать разные конечные энергии. Окончательное измерение энергии электрона в зависимости от относительной задержки между двумя импульсами ясно показывает следы электрического поля аттосекундного импульса. ^[19]

Короткие импульсы света

Нобелевская премия по физике 2023 года была присуждена Пьеру Агостини , Ференцу Краусу и Анне Л'Уилье за ​​демонстрацию способа создания «почти невообразимо» коротких импульсов света, измеряемых в аттосекундах. Эти импульсы можно использовать для захвата и изучения быстрых процессов внутри атомов , например поведения электронов. ^{[20] [21]}

Смотрите также

• единица СИ
• Второй
• фемтосекундный
• пикосекунда
• наносекунда
• микросекунда
• Миллисекунда
• Джиффи (время)
• Порядки величины (время)

• Аттосекундная хроноскопия

Рекомендации

1. "аттосекунда - словарь/тезаурус Memidex" . 7 апреля 2019 года. Архивировано из оригинала 7 апреля 2019 года . Проверено 24 октября 2023 г.
2. «Изучение «аттосекундного» времени - Институт молекулярных наук Стейси (SIMS)» . 11 ноября 2007 г. Архивировано из оригинала 11 ноября 2007 г. Проверено 24 октября 2023 г.
3. Грундманн, Свен; Траберт, Дэниел; Фере, Килиан; Стренджер, Нико; Пьер, Андреас; Кайзер, Леон; Кирхер, Макс; Веллер, Мириам; Эккарт, Себастьян; Шмидт, Лотар Ф. Х.; Тринтер, Флориан; Янке, Тилль; Шеффлер, Маркус С.; Дёрнер, Рейнхард (16 октября 2020 г.). «Зептосекундная задержка рождения при молекулярной фотоионизации». Наука . 370 (6514): 339–341. arXiv : 2010.08298 . Бибкод : 2020Sci...370..339G. дои : 10.1126/science.abb9318. ISSN  0036-8075. PMID  33060359. S2CID  222412229.
4. «Значение CODATA: атомарная единица времени» . физика.nist.gov . Проверено 24 октября 2023 г.
5. "Издательская группа Оптика" . opg.optica.org . Проверено 24 октября 2023 г.
6. Ким, HY; Гарг, М.; Мандал, С.; Зейферт, Л.; Фенхель, Т.; Гулиэлмакис, Э. (январь 2023 г.). «Аттосекундная автоэлектронная эмиссия». Природа . 613 (7945): 662–666. дои : 10.1038/s41586-022-05577-1. ISSN  1476-4687. ПМЦ 9876796 . ПМИД  36697865. 
7. «Аттосекундные электронные импульсы считаются самыми короткими за всю историю» . Мир физики . 17 февраля 2023 г. Проверено 17 февраля 2023 г.
8. Ли, Цзе; Рен, Сяомин; Инь, Яньчунь; Чжао, Кун; Чу, Эндрю; Ченг, Ян; Каннингем, Эрик; Ван, Ян; Ху, Шуюань; Ву, Йи; Чини, Майкл; Чанг, Цзэнху (4 августа 2017 г.). «Рентгеновские импульсы длительностью 53 аттосекунды достигают K-края углерода». Природные коммуникации . 8 (1): 186. Бибкод : 2017NatCo...8..186L. дои : 10.1038/s41467-017-00321-0. ISSN  2041-1723. ПМЦ 5543167 . ПМИД  28775272. 
9. «Наблюдение за квантовой механикой в ​​действии: исследователи создают мировой рекордный лазерный импульс» . ScienceDaily . Проверено 24 октября 2023 г.
10. «Бериллий-8», Википедия , 21 июня 2023 г. , дата обращения 24 октября 2023 г.
11. «Самое быстрое представление о молекулярном движении». 4 марта 2006 г. Проверено 24 октября 2023 г.
12. «Прыжок между атомами по времени | New Scientist» . 11 мая 2016 г. Архивировано из оригинала 11 мая 2016 г. . Проверено 24 октября 2023 г.
13. Фёлиш, А.; Фёлнер, П.; Хеннис, Ф.; Финк, А.; Мензель, Д.; Санчес-Портал, Д.; Эченик, премьер-министр; Вурт, В. (1 июля 2005 г.). «Прямое наблюдение динамики электронов в аттосекундной области». Природа . 436 (7049): 373–376. Бибкод : 2005Natur.436..373F. дои : 10.1038/nature03833. ISSN  0028-0836. PMID  16034414. S2CID  4411563.
14. «Аттосекундная физика становится важной вехой» . www.mpq.mpg.de. ​Проверено 24 октября 2023 г.
15. Крауш, Ференц (2016). «Рождение аттосекундной физики и ее расцвет». Физика Скрипта . 91 (6). Бибкод : 2016PhyS...91f3011K. дои : 10.1088/0031-8949/91/6/063011. S2CID  124590030.
16. «Нобелевская премия по химии 1999 г.». NobelPrize.org . Проверено 24 октября 2023 г.
17. Канада, Национальный исследовательский совет (15 июня 2017 г.). «Важность аттосекундных исследований». www.canada.ca . Проверено 4 ноября 2023 г.
18. «Нобелевская премия по физике 2023». NobelPrize.org . Проверено 5 ноября 2023 г.
19. Гулиелмакис, Э.; Уиберакер, М.; Киенбергер, Р.; Балтуска, А.; Яковлев В.; Скринзи, А.; Вестервальбесло, Th.; Кляйнеберг, Ю.; Хайнцманн, Ю.; Дрешер, М.; Крауш, Ф. (27 августа 2004 г.). «Прямое измерение световых волн». Наука . 305 (5688): 1267–1269. Бибкод : 2004Sci...305.1267G. дои : 10.1126/science.1100866. ISSN  0036-8075. PMID  15333834. S2CID  38772425.
20. Гилл, Виктория (3 октября 2023 г.). «Нобелевская премия «аттосекундным физикам» Агостини, Л'Юлье и Краушу». Би-би-си . Проверено 8 мая 2024 г.
21. Бубола, Эмма; Миллер, Катрина (3 октября 2023 г.). «Нобелевская премия по физике присуждена трём учёным за объяснение того, как движутся электроны» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 8 мая 2024 г.