量子制动器以了解分子内的作用力

时间：2021-09-25 16:52:18 来源：

超短的X射线激光脉冲（以紫色表示）从碘乙烷中的碘原子上去除了内层电子。实验以亚秒级精度对电子的传播进行计时，并测量分子内力使释放的电子减速或加速的程度。

物理学家已经测量了在激光激发下从分子中特定原子发射出的电子的飞行时间。这使他们能够测量分子本身对发射动力学的影响。

光发射-响应光的激发而释放的电子-是微观世界中最基本的过程之一。发射电子的动能是有关原子的特征，并取决于所用光的波长。但是该过程需要多长时间？而且，无论电子是从单个原子还是从分子中的一个原子发射出来，它是否总是花费相同的时间？一支由激光物理学家带领的国际研究团队在慕尼黑LMU的阿秒物理实验室（LAP）和位于Garching的马克斯·普朗克量子光学研究所（MPQ）进行了研究，现已探究了该分子对光发射时间的影响。

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）对光发射进行了理论描述，标志着量子物理学的一个突破，并且该过程的细节在科学界及其他领域引起了人们的持续关注。在分子环境中如何影响诸如电子之类的基本量子粒子的运动，对我们对光发射过程以及将分子保持在一起的作用力的理解具有重要意义。

通过与沙特阿拉伯利雅得国王沙特国王大学（KSU）的研究人员以及其他国际合作伙伴的密切合作，LAP的研究小组现在已经确定了电子从一个分子中的特定原子进行光发射需要多长时间（在这种情况下，碘在乙基碘中）。测得的时间在数十阿秒的范围内。一十亿分之一秒是十亿分之一秒的十亿分之一。

研究人员在X射线区域使用了一系列脉冲来激发目标电子。机器学习的使用有助于提高实验数据分析的精度，并导致与理论预测的比较准确。LAP小组超快成像和纳米光子学小组的负责人Matthias Kling教授解释说：“实验数据与理论模拟的比较最终揭示了分子对电子进行光发射过程所需时间的影响。”研究人员发现，随着光脉冲能量的减少，归因于分子环境的延迟变大了，从而减少了传递给电子的初始动能。

可以将观察结果与探索风景进行比较。当飞越它时，地面上的许多细节仍然未被注意到。在地面上，每个碰碰都会使自己感觉到。激发电子也是如此。如果初始脉冲刚好足以使它们离开分子，则将分子保持在一起的力的阻滞作用要比“踢”足够有力地使其迅速弹出时的阻滞作用更大。

利雅得KSU阿托秒物理实验室负责人Abdallah Azzeer教授解释说：“我们的观察表明，追踪光发射时间的实验使我们能够了解分子内的作用力。”“这些研究可以增进我们对分子和化学反应中量子效应的理解，”美国俄亥俄州立大学的亚历山德拉·兰德斯曼（Alexandra Landsman）教授补充说，他领导了进行大部分理论工作的小组。

参考：Shubhadeep Biswas，BenjaminFörg，Lisa Ortmann，JohannesSchötz，Wolfgang Schweinberger，TomášZimmermann，Liangwen Pi，Denitsa Baykusheva，Hafiz A. Masood，Ioannis Liontos，Amgad M. Kamal，“ ，阿卜杜拉·阿勒哈比（Abdullah F.Alharbi），麦沙阿尔·阿勒哈比（Meshal Alharbi），阿卜杜拉·M·阿泽尔（Gregor Hartmann），汉斯·沃纳（Hans J.
10.1038 / s41567-020-0887-8

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