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原子 X 射线爆发揭示自由电子的舞蹈
借助世界上最强大的激光，科学家们能够观察分子内部。
来源:安全实验室新闻频道借助世界上最强大的激光，科学家们能够观察分子内部。
阿秒是十亿分之一秒。一秒钟内经过的阿托秒比宇宙诞生以来经过的秒还要多。现代技术使得产生以阿秒为单位测量的 X 射线脉冲成为可能。这些超短脉冲使科学家能够拍摄自然环境中的亚原子粒子的“快照”。
今年早些时候，研究人员利用这项技术可视化液态水中电子的运动，引起了全球的关注。随着技术的发展，科学家将能够观察各种分子中电子的运动，这将为化学、生物学和其他研究分子行为的科学的发展提供新的动力。
此类研究的主要工具是自由电子激光器 (XFEL)，例如加利福尼亚州 SLAC 国家加速器实验室最近升级的直线加速器相干光源 (LCLS)。这种激光产生强烈的 X 射线，导致电子随机移动。当这些光束被打包成足够短的脉冲时，就会产生一种成像工具。
工具 SLAC为了用 XFEL 观察电子，科学家们使用了泵浦探针技术。首先，通过用一个脉冲激励目标来“泵浦”目标，然后用第二个脉冲“探测”目标，从而可以观察到目标。如果第二个脉冲到达得足够快，科学家们就可以在 X 射线有机会损坏目标之前看到处于量子态的亚原子粒子。
在过去的十年中，科学家们成功地缩短了记录值的脉冲持续时间。在最近发表的一篇论文中，LCLS 实验人员将脉冲时间缩短至 270 阿秒。 “这是一个简单的实验，使我们能够评估我们的泵浦探测能力，”SLAC 的加速器物理学家 Agostino Marinelli 说。
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