stringtranslate.com

Аттосекунда

Аттосекунда (сокращенно аттосекунда ) — единица времени в Международной системе единиц (СИ) , равная 10−18 или 1⁄1 000 000 000 000 000 000 (одному квинтиллиону) секунды . [ 1]

Аттосекунда относится к секунде так же, как секунда относится к приблизительно 31,69 миллиарда лет. [2]

Аттосекунда — крошечная единица, но у нее есть множество потенциальных применений: она может наблюдать колеблющиеся молекулы, химические связи, образуемые атомами в химических реакциях, и другие чрезвычайно мелкие и чрезвычайно быстрые вещи.

Общие измерения

Историческое развитие

В 2001 году Ференц Краус и его команда из Технического университета Вены выстрелили ультракоротковолновым (7 фемтосекунд) красным лазерным импульсом в поток атомов неона , где оторванные электроны переносились импульсом и почти немедленно возвращались в ядро ​​неона. [14]

Фиксируя аттосекундный импульс, физики также продемонстрировали его полезность. Они одновременно направляли аттосекундные и более длинноволновые красные импульсы на тип атома криптона: сначала электроны выбивались; затем красный световой импульс попадал в электроны; наконец, проверялась энергия. Судя по разнице во времени этих двух импульсов, ученые получили очень точное измерение того, сколько времени потребовалось электрону для распада (сколько аттосекунд). Никогда ранее ученые не использовали столь короткую временную шкалу для изучения энергии электронов. [15]

Приложения

Необходимость в более точных единицах

Кристаллическая решетка вибрирует, а молекулы вращаются в масштабе пикосекунд . Создание и разрыв химических связей и молекулярная вибрация происходят в фемтосекундах. Наблюдение за движением электронов происходит в масштабе аттосекунд. [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 имеют потенциальные применения в областях от электроники до медицины. [18]

Непосредственное наблюдение волновых колебаний света

Используя метод, называемый аттосекундным стриком, люди могут видеть электрические компоненты электромагнитных волн . Ученые начинают с газа атомов неона и ионизируют их одним ультракоротким всплеском УФ-излучения, измеряемым в аттосекундах. Электрическое поле инфракрасного излучения затем может сильно влиять на движение электронов. Электроны будут вынуждены подниматься и опускаться по мере колебаний поля. В зависимости от того, когда высвобождается электрон, этот процесс будет испускать различные конечные энергии. Окончательное измерение энергии электрона, как функции 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'Юйе за демонстрацию способа создания «почти невообразимо» коротких импульсов света, измеряемых в аттосекундах. Эти импульсы можно использовать для захвата и изучения быстрых процессов внутри атомов , таких как поведение электронов. [20] [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "attosecond - Memidex dictionary/thesaurus". 7 апреля 2019 г. Архивировано из оригинала 7 апреля 2019 г. Получено 24 октября 2023 г.
  2. ^ "Exploring "Attosecond" Time - Steacie Institute for Molecular Sciences (SIMS)". 11 ноября 2007 г. Архивировано из оригинала 11 ноября 2007 г. Получено 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: атомная единица времени". physics.nist.gov . Получено 24 октября 2023 г. .
  5. ^ "Optica Publishing Group". opg.optica.org . Получено 24 октября 2023 г. .
  6. ^ Ким, HY; Гарг, М.; Мандал, С.; Сейфферт, Л.; Феннел, Т.; Гулиелмакис, Э. (январь 2023 г.). «Аттосекундная полевая эмиссия». Nature . 613 (7945): 662–666. doi :10.1038/s41586-022-05577-1. ISSN  1476-4687. PMC 9876796 . PMID  36697865. 
  7. ^ "Аттосекундные электронные импульсы считаются самыми короткими из когда-либо существовавших". Physics World . 17 февраля 2023 г. Получено 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 создали мировой рекордный лазерный импульс». ScienceDaily . Получено 24 октября 2023 г. .
  10. ^ "Бериллий-8", Википедия , 21 июня 2023 г. , получено 24 октября 2023 г.
  11. ^ "Самый быстрый вид молекулярного движения". 4 марта 2006 г. Получено 24 октября 2023 г.
  12. ^ "Electron timed hopping between atoms | New Scientist". 11 мая 2016 г. Архивировано из оригинала 11 мая 2016 г. Получено 24 октября 2023 г.
  13. ^ Föhlisch, A.; Feulner, P.; Hennies, F.; Fink, A.; Menzel, D.; Sanchez-Portal, D.; Echenique, PM; Wurth, W. (1 июля 2005 г.). «Прямое наблюдение динамики электронов в аттосекундном домене». Nature . 436 (7049): 373–376. Bibcode :2005Natur.436..373F. doi :10.1038/nature03833. ISSN  0028-0836. PMID  16034414. S2CID  4411563.
  14. ^ "Attosecond Physics become a Milestone". www.mpq.mpg.de . Получено 24 октября 2023 г. .
  15. ^ Краус, Ференц (2016). «Рождение аттосекундной физики и ее становление». Physica Scripta . 91 (6). Bibcode : 2016PhyS...91f3011K. doi : 10.1088/0031-8949/91/6/063011. S2CID  124590030.
  16. ^ "Нобелевская премия по химии 1999 года". NobelPrize.org . Получено 24 октября 2023 г. .
  17. ^ Канада, Национальный исследовательский совет (15 июня 2017 г.). «Важность аттосекундных исследований». www.canada.ca . Получено 4 ноября 2023 г. .
  18. ^ "Нобелевская премия по физике 2023 года". NobelPrize.org . Получено 5 ноября 2023 г. .
  19. ^ Goulielmakis, E.; Uiberacker, M.; Kienberger, R.; Baltuska, A.; Yakovlev, V.; Scrinzi, A.; Westerwalbesloh, Th.; Kleineberg, U.; Heinzmann, U.; Drescher, M.; Krausz, F. (27 августа 2004 г.). "Прямое измерение световых волн". Science . 305 (5688): 1267–1269. Bibcode :2004Sci...305.1267G. doi :10.1126/science.1100866. ISSN  0036-8075. PMID  15333834. S2CID  38772425.
  20. ^ Гилл, Виктория (3 октября 2023 г.). «Нобелевская премия для „аттосекундных физиков“ Агостини, Люлье и Крауца». BBC . Получено 8 мая 2024 г. .
  21. ^ Бубола, Эмма; Миллер, Катрина (3 октября 2023 г.). «Нобелевская премия по физике присуждена 3 ученым за разъяснение того, как движутся электроны» . The New York Times . Получено 8 мая 2024 г.