Аттосекунда
Аттосекунда Международной (сокращенно (СИ) , ) — единица времени в системе единиц равная 10. −18 или 1 ⁄ 1 000 000 000 000 000 000 (один квинтиллион) секунды . [1] Аттосекунда равна секунде, как секунда соответствует примерно 31,71 миллиарду лет. [2] Аттосекунда — крошечная единица, но она имеет различные потенциальные применения: с ее помощью можно наблюдать колеблющиеся молекулы, химические связи, образуемые атомами в химических реакциях, и другие чрезвычайно маленькие и чрезвычайно быстрые вещи.
Общие измерения
[ редактировать ]- 0,247 аттосекунды: время прохождения фотона через «среднюю длину связи молекулярного водорода». [3]
- 24,189... аттосекунды: атомная единица времени. [4]
- 43 аттосекунды: самые короткие импульсы лазерного света, когда-либо созданные [5]
- 53 аттосекунды: самый короткий электронный лазерный импульс из когда-либо созданных [6] [7]
- 53 аттосекунды: второй по продолжительности импульс лазерного света, созданный [8] [9]
- 82 аттосекунды (приблизительно): период полураспада бериллия -8 , максимальное время, доступное для процесса тройного альфа синтеза углерода и более тяжелых элементов в звездах. [10]
- 84 аттосекунды: примерный период полураспада нейтрального пиона.
- 100 аттосекунд: самый быстрый в истории взгляд на молекулярное движение [11]
- 320 аттосекунд: примерное время, необходимое электронам для перемещения между атомами [12] [13]
Историческое развитие
[ редактировать ]В 2001 году Ференц Крауш и его команда из Венского технического университета выпустили ультракоротковолновой (7 фемтосекунд) красный лазерный импульс в поток атомов неона , где оторванные электроны уносились импульсом и почти сразу же снова выбрасывались в неон. ядро. [14]
Зафиксировав аттосекундный импульс, физики также продемонстрировали его полезность. Они нацелили одновременно секундные и более длинноволновые красные импульсы на один тип атома криптона: сначала выбивали электроны; затем импульс красного света попал в электроны; наконец, энергия была проверена. Судя по разнице во времени этих двух импульсов, ученые получили очень точное измерение того, сколько времени потребовалось электрону на распад (сколько аттосекунд). Никогда прежде ученые не использовали столь короткий временной масштаб для изучения энергии электронов. [15]
Приложения
[ редактировать ]Необходимость в более точных единицах измерения
[ редактировать ]Кристаллическая решетка вибрирует, а молекулы вращаются в масштабе пикосекунд . Создание и разрыв химических связей и молекулярных колебаний происходят за фемтосекунды. Наблюдение движения электронов происходит в аттосекундном масштабе. [16]
Число электронов в атоме и их конфигурация определяют элемент . Поскольку аттосекундные импульсы быстрее, чем движение электронов в атомах и молекулах, аттосекунда предоставляет новый инструмент для контроля и измерения квантовых состояний материи. [17] Эти импульсы использовались для детального изучения физики атомов и молекул и имели потенциальное применение в самых разных областях — от электроники до медицины. [18]
Непосредственное наблюдение волновых колебаний света
[ редактировать ]Используя метод, называемый аттосекундным анализом , люди могут видеть электрические компоненты электромагнитных волн . Ученые начинают с газа, состоящего из атомов неона, и ионизируют их одним ультракоротким всплеском УФ-излучения, измеряемым в аттосекундах. Электрическое поле инфракрасного диапазона может тогда сильно влиять на движение электронов. Электроны будут перемещаться вверх и вниз по мере колебаний поля. В зависимости от того, когда электрон высвобождается, этот процесс будет излучать разные конечные энергии. Окончательное измерение энергии электрона в зависимости от относительной задержки между двумя импульсами ясно показывает следы электрического поля аттосекундного импульса. [19]
Короткие импульсы света
[ редактировать ]2023 года Нобелевская премия по физике была присуждена Пьеру Агостини , Ференцу Краусу и Анне Л'Уилье за демонстрацию способа создания «почти невообразимо» коротких импульсов света, измеряемых в аттосекундах. Эти импульсы можно использовать для захвата и изучения быстрых процессов внутри атомов , например поведения электронов. [20] [21]
См. также
[ редактировать ]- И объединились
- Второй
- фемтосекундный
- пикосекунда
- наносекунда
- микросекунда
- Миллисекунда
- Джиффи (время)
- Порядки величины (время)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «аттосекунда — словарь/тезаурус Memidex» . 7 апреля 2019 года. Архивировано из оригинала 7 апреля 2019 года . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ «Исследование «аттосекундного» времени - Институт молекулярных наук Стейси (SIMS)» . 11 ноября 2007 года. Архивировано из оригинала 11 ноября 2007 года . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Грундманн, Свен; Траберт, Дэниел; Фере, Килиан; Стренджер, Нико; Пьер, Андреас; Кайзер, Леон; Кирхер, Макс; Веллер, Мириам; Эккарт, Себастьян; Шмидт, Лотар Ф. Х.; Тринтер, Флориан; Янке, Тилль; Шеффлер, Маркус С.; Дёрнер, Рейнхард (16 октября 2020 г.). «Зептосекундная задержка рождения при молекулярной фотоионизации» . Наука . 370 (6514): 339–341. arXiv : 2010.08298 . Бибкод : 2020Sci...370..339G . дои : 10.1126/science.abb9318 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 33060359 . S2CID 222412229 .
- ^ «Значение CODATA: атомарная единица времени» . физика.nist.gov . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ «Издательская группа «Оптика» . opg.optica.org . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Ким, Хай; Гарг, М.; Мандал, С.; Зейферт, Л.; Фенхель, Т.; Гулиэлмакис, Э. (январь 2023 г.). «Аттосекундная автоэмиссия» . Природа . 613 (7945): 662–666. дои : 10.1038/s41586-022-05577-1 . ISSN 1476-4687 . ПМЦ 9876796 . ПМИД 36697865 .
- ^ «Аттосекундные электронные импульсы считаются самыми короткими за всю историю» . Мир физики . 17 февраля 2023 г. Проверено 17 февраля 2023 г.
- ^ Ли, Цзе; Рен, Сяомин; Инь, Яньчунь; Чжао, Кун; Чу, Эндрю; Ченг, Ян; Каннингем, Эрик; Ван, Ян; Ху, Шуюань; Ву, Йи; Чини, Майкл; Чанг, Цзэнху (4 августа 2017 г.). «Рентгеновские импульсы длительностью 53 аттосекунды достигают K-края углерода» . Природные коммуникации . 8 (1): 186. Бибкод : 2017NatCo...8..186L . дои : 10.1038/s41467-017-00321-0 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 5543167 . ПМИД 28775272 .
- ^ «Наблюдение за квантовой механикой в действии: исследователи создали мировой рекордный лазерный импульс» . ScienceDaily . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ «Бериллий-8» , Arc.Ask3.Ru , 21 июня 2023 г. , дата обращения 24 октября 2023 г.
- ^ «Самое быстрое представление о молекулярном движении» . 4 марта 2006 г. Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ «Прыжки между атомами по времени | New Scientist» . 11 мая 2016 г. Архивировано из оригинала 11 мая 2016 г. . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Фёлиш, А.; Фёлнер, П.; Хеннис, Ф.; Финк, А.; Мензель, Д.; Санчес-Портал, Д.; Эченик, премьер-министр; Вюрт, В. (1 июля 2005 г.). «Прямое наблюдение динамики электронов в аттосекундной области» . Природа . 436 (7049): 373–376. Бибкод : 2005Natur.436..373F . дои : 10.1038/nature03833 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 16034414 . S2CID 4411563 .
- ^ «Аттосекундная физика становится важной вехой» . www.mpq.mpg.de. Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Крауш, Ференц (2016). «Рождение аттосекундной физики и ее становление» . Физика Скрипта . 91 (6). Бибкод : 2016PhyS...91f3011K . дои : 10.1088/0031-8949/91/6/063011 . S2CID 124590030 .
- ^ «Нобелевская премия по химии 1999 года» . NobelPrize.org . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Канада, Национальный исследовательский совет (15 июня 2017 г.). «Значение аттосекундных исследований» . www.canada.ca . Проверено 4 ноября 2023 г.
- ^ «Нобелевская премия по физике 2023» . NobelPrize.org . Проверено 5 ноября 2023 г.
- ^ Гулиэлмакис, Э.; Уиберакер, М.; Киенбергер, Р.; Балтуска, А.; Яковлев В.; Скринзи, А.; Вестервальбесло, Th.; Кляйнеберг, Ю.; Хайнцманн, Ю.; Дрешер, М.; Крауш, Ф. (27 августа 2004 г.). «Прямое измерение световых волн» . Наука . 305 (5688): 1267–1269. Бибкод : 2004Sci...305.1267G . дои : 10.1126/science.1100866 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 15333834 . S2CID 38772425 .
- ^ Гилл, Виктория (3 октября 2023 г.). «Нобелевская премия «аттосекундным физикам» Агостини, Л'Юлье и Краушу» . Би-би-си . Проверено 8 мая 2024 г.
- ^ Бубола, Эмма; Миллер, Катрина (3 октября 2023 г.). «Нобелевская премия по физике присуждена трём учёным за объяснение того, как движутся электроны» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 8 мая 2024 г.