阿秒,目前人類掌握的最小時間分辨尺度。阿秒級的運動不管你如何盯著看,都肯定無法看到它,因為它的持續(xù)時間實在太短了,只有百億億分之一秒。
8月21日至22日,香山科學(xué)會議第658次學(xué)術(shù)討論會聚焦阿秒光源前沿科學(xué)與應(yīng)用??萍既請笥浾邚臅狭私獾?,決定物質(zhì)基本性質(zhì)的超快電子運動通常發(fā)生在阿秒量級的時間尺度,要想觀測到電子運動這種超快過程,就需要超高速攝影技術(shù),而阿秒光源就是一種捕捉電子運動的超快光學(xué)技術(shù)。
人眼的視覺暫留時間一般為0.1—0.4秒,當(dāng)物體的快速運動過程短于0.1秒時,受眼睛時間分辨率的限制,我們就無法看清其運動過程。就像高速攝像機把轉(zhuǎn)瞬即逝的快速變化過程記錄下來,我們用慢動作回看一樣。對于原子內(nèi)部的電子運動,我們也需要一個超高速相機將其記錄下來。
2001年,奧地利科學(xué)家首次實現(xiàn)了阿秒脈沖的產(chǎn)生,使人類得以深入原子結(jié)構(gòu)內(nèi)部觀測并記錄電子運動,超快科學(xué)及技術(shù)的發(fā)展迎來了阿秒時代。阿秒脈沖就是持續(xù)時間在阿秒量級的超短閃光,而阿秒光源是集阿秒脈沖產(chǎn)生、測量及應(yīng)用于一體的大型科學(xué)裝置。如果把阿秒光源比作一臺相機,那么阿秒脈沖就是這個相機的“快門”。
作為本世紀(jì)初誕生的一種新型光源,阿秒光源具有寬頻譜、窄脈寬、高光子能量、高時空相干性等優(yōu)點,由于其脈寬與原子內(nèi)電子運動尺度相當(dāng),因此為人類認(rèn)識微觀世界提供了全新手段。
“阿秒光源為物理、化學(xué)、生物和材料科學(xué)超快過程的研究和高時空分辨率成像提供了嶄新的技術(shù),為了解化學(xué)反應(yīng)和人工光合作用、生物結(jié)構(gòu)特性及生命機理、新材料合成等重大科學(xué)問題提供了解決方法,并有望引發(fā)新的科技革命。如發(fā)展新一代超高速電子器件和信息處理技術(shù)、提升太陽能電池轉(zhuǎn)換效率和揭示腫瘤病變機理等?!睍h召集人、中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所研究員趙衛(wèi)說道。
經(jīng)過近20年的發(fā)展,人們已經(jīng)成功將阿秒技術(shù)應(yīng)用于原子、分子、納米體系甚至固體中超快電子運動的測量和調(diào)控研究,為諸多潛在應(yīng)用開辟了嶄新的道路。比如,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,癌癥作為世紀(jì)難題,當(dāng)前普遍認(rèn)為其誘因是紫外輻射導(dǎo)致的DNA損傷,但受限于現(xiàn)有的技術(shù)手段,該推論無法得到確認(rèn)。DNA分子由原子構(gòu)成,而原子又包含電子和原子核,借助阿秒脈沖,科學(xué)家就有可能在更微觀、更基礎(chǔ)層面看清DNA損傷內(nèi)在的電子運動過程,理清紫外輻射導(dǎo)致的DNA損傷與腫瘤癌變的生理關(guān)聯(lián),無疑這將使癌變的預(yù)防、診斷及治療更加有的放矢。
正因為阿秒光源所具有的重大應(yīng)用前景,目前,美國、加拿大、韓國、日本、澳大利亞、新加坡及歐洲諸國都將阿秒科學(xué)作為重點的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究內(nèi)容,歐盟在匈牙利塞格德建造的極端光設(shè)施阿秒光源已于今年7月初宣布開放運行,韓國浦項阿秒光源也已立項實施?!拔覈茖W(xué)家也緊跟國際超快科學(xué)前沿,早在2000年前后就開始了阿秒科學(xué)與技術(shù)的探索研究,并取得了有國際影響的系列重要成果?!睍h執(zhí)行主席之一、中國科學(xué)院物理研究所研究員魏志義說。
(科技日報北京8月22日電)
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