Only Perception: 電子，你也上鏡頭了！

2008-02-24

電子，你也上鏡頭了！

Electron filmed for first time ever
http://www.physorg.com/news122897584.html

February 22, 2008

現在有可能見到一段電子的影片了。這段影片顯示一個從原子被拉出來的電子，如何騎乘在一道光波上。這是電子頭一遭被拍成一段影片，而且最新結果呈現在最新一期的 Physical Review Letters 上。

之前，要拍攝電子是不可能的事，因為它們極端高速，會產生模糊的影像。為了要捕捉這些迅速的事件，需要極端短暫的閃光，不過這樣的閃光先前無法取得。

為了要從強烈雷射產生短暫脈衝所開發的技術稱為原秒脈衝（attosecond pulses，http://www.nsc.gov.tw/sd/unitran1.htm，1x10^^-18秒），利用這種新技術，瑞典 Lund 大學工學院的科學家首度操控它捕捉到電子的影片。

相關影片詳見：avi（http://www.atto.fysik.lth.se/video/emovie.avi）或 mov（http://www.atto.fysik.lth.se/video/emovie.mov）。

"一個電子繞行原子的原子核一圈約花 150 原秒。1 原秒是 10 的負 18 次方秒，或著，換另一種方式來解釋，如果 1 原秒等於 1 秒，那麼原來的 1 秒將等於宇宙的年紀，" Johan Mauritsson 說，工學院的原子物理教授。他是此研究背後的七位研究者之一，此研究由他與 Anne L' Huillier 教授指導。

在另一種雷射的協助下，這些科學家能更成功地引導電子的運動，故他們能夠捕捉到一次在電子與原子之間的相撞鏡頭。

"我們長久以來就向研究社群保證，我們將能夠使用原秒脈衝來拍攝電子的移動。現在我們已經成功了，例如，我們能夠研究電子與其他各種不同物體相撞時，它們的如何作用。這些影像能當成我們理論的一種證實，" Johan Mauritsson 解釋。

這些科學家也希望發現更多關於，當其他原子之中的電子離開它時，會發生什麼事，例如，其他電子如何以及何時會落入被創造出來的能隙中。

"我們所做的是純粹的基礎研究。如果這裡有任何未來的應用會產生，它們將會被視為一種獎勵，" Johan Mauritsson 說。

影片的長度與光的單一一次振盪相符，不過速度已降的很慢，所以我們能夠看見它。這段被拍攝起來的連續鏡頭顯示電子的能量分佈，因此並非平常所意識到的影片。

先前，科學家已利用間接方式研究電子的移動，例如測量它們的光譜。利用這些方法只能夠測量電子運動的結果，不過現在我們有機會能夠監測整個事件。

能創造出原秒脈衝已經有一、二年了，不過直到目前為止都沒有人能夠操控它們來拍攝電子的運動，因為飛秒脈衝本身太微弱以致於無法獲得清晰的照片。

"在過程中，藉由精確地在同一瞬間拍攝數張照片，就有可能創造出更強烈，但仍然銳利的影像。一個先決條件是，此過程必須在同一方法下重複，就此例而論，是電子在閃光中的移動。我們以所謂的頻閃儀（stroboscope）開始。一部頻閃儀能夠讓我們「凍住」一個週期性的運動，就好像捕捉蜂鳥拍動其翅膀一樣。當翅膀在同樣位置時，例如在頂端，你拍了數張照片，儘管有迅速的運動，而照片將變得清晰，" Johan Mauritsson 闡明道。

更多資訊： http://www.atto.fysik.lth.se/

※ 相關報導：

＊ Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e073003

J. Mauritsson, P. Johnsson, E. Mansten, M. Swoboda,
T. Ruchon, A. L'Huillier, and K. J. Schafer
Phys. Rev. Lett. 100, 073003 (2008)
doi:10.1103/PhysRevLett.100.073003

＊ Michigan laser beam believed to set record for intensity
http://www.physorg.com/news122298608.html

＊ Ultra-high intensity- 300-TW laser at 0.1 Hz repetition rate
http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-16-3-2109

V. Yanovsky, V. Chvykov, G. Kalinchenko, P. Rousseau, T.
Planchon, T. Matsuoka, A. Maksimchuk, J. Nees, G. Cheriaux,
G. Mourou, and K. Krushelnick
Optics Express, Vol. 16, Issue 3, pp. 2109-2114