0.000000000000000005 秒 - 物理学家生成人类有史以来最短的信号之一

康斯坦茨大学（UniversityofKonstanz）的科学家们开发出一种方法，利用飞秒闪光产生持续时间约为五阿秒的电子脉冲。这一突破提供了比光波更高的时间分辨率，为观测核反应等超快现象铺平了道路。这也是迄今物理学家产生的人类有史以来最短的信号之一。

自然界中的分子或固态过程有时可以在短至飞秒（四十亿分之一秒）或阿秒（五十亿分之一秒）的时间范围内发生。核反应的速度甚至更快。现在，康斯坦茨大学的科学家马克西姆-查列夫（MaximTsarev）、约翰内斯-图尔纳（JohannesThurner）和彼得-鲍姆（PeterBaum）正在使用一种新的实验装置来实现阿秒级持续时间的信号，即十亿分之一纳秒，这为超快现象领域开辟了新的前景。

即使是光波也无法达到这样的时间分辨率，因为单次振荡所需的时间太长了。电子是一种补救措施，因为电子可以大大提高时间分辨率。在他们的实验装置中，康斯坦茨的研究人员利用激光器发出的一对飞秒闪光，在自由空间光束中产生极短的电子脉冲。研究结果发表在《自然-物理学》杂志上。

科学家们是如何做到这一点的呢？

与水波类似，光波也可以叠加产生驻波或行波的波峰和波谷。物理学家们选择了入射角和频率，使以一半光速在真空中飞行的共振电子与速度完全相同的光波波峰和波谷重叠。所谓的"思索动力"将电子推向下一个波谷的方向。因此，经过短暂的相互作用后，就会产生一系列时间极短的电子脉冲--尤其是在脉冲序列的中间，那里的电场非常强。

在很短的时间内，电子脉冲的持续时间只有大约五阿秒。为了了解这一过程，研究人员测量了压缩后电子的速度分布。物理学家约翰内斯-图尔纳解释说："输出脉冲的速度并不是非常均匀的，而是一种非常宽泛的分布，这是由于在压缩过程中一些电子强烈减速或加速的结果。不仅如此：这种分布并不平滑。相反，它由数以千计的速度阶梯组成，因为每次只有整数的光粒子对能够与电子相互作用"。

研究意义

这位科学家说，从量子力学角度看，这是电子在不同时间经历相同加速度后与自身的时间叠加（干涉）。这种效应与量子力学实验--例如电子与光的相互作用--有关。

同样令人瞩目的是像光束这样的平面电磁波通常无法在真空中引起电子的永久速度变化，因为大质量电子和静止质量为零的光粒子（光子）的总能量和总动量无法保持不变。然而，在比光速慢的波中同时存在两个光子，就可以解决这个问题（卡皮查-迪拉克效应）。

对于康斯坦茨大学物理学教授兼光与物质小组负责人彼得-鲍姆（PeterBaum）来说，这些成果显然仍属于基础研究，但他强调了未来研究的巨大潜力："如果一种材料在不同的时间间隔内受到我们两个短脉冲的冲击，第一个脉冲可以引发变化，第二个脉冲可以用于观察--类似于照相机的闪光"。

他认为，最大的优点是实验原理中不涉及任何材料，一切都在自由空间中进行。原则上，任何功率的激光器将来都可以用于更强的压缩。鲍姆说："我们新的双光子压缩技术使我们能够进入新的时间维度，甚至可以拍摄核反应过程。"