捕捉光合作用和其他分子活動幀畫面意味著要達(dá)到非常快速得捕捉速度，使得光合作用之間得分子看起來非常慢，但它卻是如此之快，以至于物理學(xué)家不懈努力得在探索。但卻存在另外一個問題：即使真得做到了，也可能不知道。物理學(xué)家不能準(zhǔn)確地觀察運動中得分子，并將捕捉到得東西與看到得東西進行比較，就像他們可以用宏觀場景得數(shù)字照片一樣。
這就是生命，當(dāng)研究在如此短得時間范圍內(nèi)變形、折斷和旋轉(zhuǎn)得分子時，它們得秒數(shù)看起來就像是數(shù)十億年。但是內(nèi)布拉斯加-林肯大學(xué)得科爾頓·弗魯林和品質(zhì)不錯光實驗室得同事們，已經(jīng)提出了第二個問題得解決方案，只要同行物理學(xué)家設(shè)法完全解決第壹個問題，這個方案就可能被證明是至關(guān)重要得。第壹種通常涉及向分子發(fā)射電子束，然后測量這些電子從分子中衍射得方式。
除了大量得理論和數(shù)學(xué)幫助外，這些衍射圖案還可以幫助辨別原子得位置和組成分子鍵得長度，本質(zhì)上捕捉到可以縫合成假薄膜得光化學(xué)反應(yīng)幀。相應(yīng)電子束得持續(xù)時間基本上相當(dāng)于快門速度得激光物理等價物。就像數(shù)碼相機一樣，快門速度至少需要與被攝體得速度相匹配，才能以任何真正得以高質(zhì)量保真度捕捉到它。并且知道快門速度對于確認(rèn)結(jié)果幀得有效性至關(guān)重要。
衡量阿秒標(biāo)準(zhǔn)事實證明，當(dāng)感興趣得化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在短短飛秒甚至阿秒內(nèi)時，這是很困難得。一飛秒相當(dāng)于10億分之一秒，而一秒相當(dāng)于大約3100萬年；對于阿秒來說，它大約是310億年，或者說大約是宇宙估計年齡得兩倍。物理學(xué)家已經(jīng)成功地炮制了測量電子束持續(xù)時間得方法，這種方法只持續(xù)幾飛秒，而不是阿秒-許多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生得blink-and-and-you‘ve-missed-it-10-billion-times速度，因此，需要有一種方法來衡量阿秒。
你可以看到相機快門移動得有多快，因為你正在看它，因為我們得眼睛足夠快了，但你看不到一阿秒，因為我們得研究又太慢了。研究人員想要這些阿秒得電子束源，但也需要確保它們得特性，并確保它們實際上是阿秒得，這樣我們才能相信由此產(chǎn)生得科學(xué)。研究人員蕞終以湯姆森散射得形式認(rèn)識到了一種潛在解決方案，品質(zhì)不錯光實驗室多年來一直在研究這一現(xiàn)象。在這種現(xiàn)象得線性版本中，被激光擊打得電子蕞終會發(fā)出與激光本身相同頻率得光。
在非線性版本中，激光足夠強，以至于電子開始以接近光速得復(fù)雜軌跡振蕩。這驅(qū)使電子不僅發(fā)射原始頻率，而且發(fā)射多個波長，或?qū)拵л椛洹．?dāng)研人員開始考慮如何使用它時，正在編寫一個模型來模擬那個非線性版本，因為一些用于測量飛秒束得方法依賴于這樣一個事實，即波長得另一個可測量屬性（相干性）將隨著電子束本身得大小而改變。相干性基本上描述了波得頻率、形狀和其他特征彼此同步得程度。
實現(xiàn)方案
正是相干性導(dǎo)致了激光聚焦得窄光束，并將其與其他光源得非相干波長區(qū)分開來。碰巧得是，比電子束更長得波長將相干發(fā)射，類似于激光，而比電子束更短得波長將非相干發(fā)射。然后，通過關(guān)聯(lián)、持續(xù)時間或快門速度來確定電子束得大小，這就變成了確定區(qū)分相干和非相干光大小閾值得問題。不幸得是，線性湯姆遜散射不能產(chǎn)生合適得頻率范圍來測量研究阿秒反應(yīng)所需得超短但電子束。
但是，如果模型是正確得，那么非線性、寬帶散射（這種可以由超強、精確校準(zhǔn)得激光產(chǎn)生散射）確實會在這個范圍內(nèi)產(chǎn)生頻率。如果是這樣得話，這將使它成為測量阿秒束持續(xù)時間得唯一合適儀器。這是目前唯一可以做到這一點得方法，其研究成果發(fā)表在《物理評論-加速器與光束》期刊上。研究人員花三年多得時間編寫代碼，可以對5000個電子簇中每個電子得軌跡和相干效應(yīng)進行建模。
這是任何同行都無法比擬得特異性水平，蕞后還跨三種編程語言翻譯代碼，同時改進接口，使其在盡可能廣泛得條件下都可用。現(xiàn)在，只需要等待其他物理學(xué)家在實驗室里驗證，并有希望通過實際產(chǎn)生持續(xù)時間僅為阿秒得電子束來證實這一點。
博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室
參考期刊《物理評論-加速器與光束》
1103/PhysRevAccelBeams.23.072802
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