实验原理图。图片来源：自然 （2024）。DOI： 10.1038/s41586-024-07771-9

一个国际科学家团队首次报告了当粒子暴露在 X 射线下时，分子电子活性的时间延迟非常小。

为了测量这些微小的高速事件，即阿秒延迟，研究人员使用激光产生强烈的 X 射线闪光，使他们能够绘制原子的内部工作原理。

他们的研究结果表明，当电子被 X 射线射出时，它们会与另一种称为 Auger-Meitner 电子的粒子相互作用，从而导致以前从未检测到的二次停顿。该研究的合著者、俄亥俄州立大学物理学教授 Lou DiMauro 说，这些结果对广泛的研究领域具有影响，因为更多地了解这些相互作用可以揭示有关复杂分子动力学的新想法。

“X 射线是对物质的有趣探测器，”DiMauro 说。“你可以用它们来拍摄分子在化学反应之前或期间演变的一系列定格快照。”

这项研究最近发表在《自然》杂志上。

虽然在过去的二十年里，科学家们使用紫外线研究阿秒延迟的能力取得了许多值得注意的飞跃，但多年来，由于缺乏生产它们所需的先进工具，这项任务变得更加具有挑战性。

俄亥俄州立大学物理学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼 （Pierre Agostini） 获得了 2023 年诺贝尔物理学奖，以表彰他过去开发使用持续数百阿秒（相当于 1 万亿分之一秒的时间单位）的光脉冲研究电子动力学的技术的工作。

DiMauro 说，直到最近，斯坦福大学 SLAC 国家加速器实验室的大型自由电子激光设备直线加速器相干光源 （LCLS） 等新技术才使这些脉冲更容易在实验室中创建和可视化。

使用 LCLS，该团队研究了电子如何驻留在一氧化氮分子中，重点关注驻留在原子氧核附近的电子粒子。该研究的合著者、俄亥俄州立大学物理学教授亚历山德拉·兰兹曼 （Alexandra Landsman） 说，他们发现出现了出乎意料的大延迟，范围高达 700 阿秒，这种模式表明，在确定导致这些延迟的原因时，可能存在更复杂的因素。

“我们研究了从原子深处取出电子时会发生什么，令我惊讶的是这些深束缚电子的动力学是多么复杂，”Landsman 说。“这意味着行为比科学家想象的要复杂得多，我们需要更好的理论描述来充分描述光与物质的相互作用。”

然而，DiMauro 说，尽管需要更多的研究来进一步了解这些相互作用的结构，但揭示以前隐藏的有关它们的细节也为科学家提供了新的见解以供考虑。

例如，如果科学家能够更好地掌握粒子内的行为，一些专家推测他们的发现可能对早期癌症检测技术的突破至关重要，例如能够使用分子标志物来诊断血癌或检测恶性肿瘤。

此外，本文还表明，结合理论模型，研究人员可以利用阿秒科学的进步来瞥见一些可以想象的最小尺度上的物质，以及更详细地研究物理宇宙中许多更广泛的奥秘。

“我期待看到我们如何使用阿秒脉冲来更多地了解科学、工程或自然，”DiMauro 说。“因为这篇论文中描述的表明一个领域真的会蓬勃发展。”

更多信息：詹姆斯·克莱恩，X 射线分子电离中的阿秒延迟，自然（2024 年）。DOI：10.1038/s41586-024-07771-9。www.nature.com/articles/s41586-024-07771-9

期刊信息： Nature