據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，由于電子的運(yùn)動(dòng)速度極快，過(guò)去要完整地拍攝電子的運(yùn)動(dòng)情況幾乎是一件不可能完成的任務(wù)。但瑞典的科學(xué)家們近日，通過(guò)一項(xiàng)最新研發(fā)的技術(shù)，他們首次成功地拍攝到電子運(yùn)動(dòng)的連貫影片。相關(guān)成果發(fā)表在美國(guó)學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，拍攝電子的運(yùn)動(dòng)一直是一件不可能完成的任務(wù)，因?yàn)殡娮舆\(yùn)動(dòng)的速度非?？?，拍出的照片也就會(huì)模糊不清。為了捕捉到這些高速速度的電子，極快的閃光是非常必要的，但在過(guò)去，這樣的閃光條件是不可能的。但是如今，瑞典倫德大學(xué)工程學(xué)院的科學(xué)家研發(fā)出一種瞬時(shí)強(qiáng)激光脈沖，稱為“阿秒脈沖”(attosecond)，這使得人類第一次可以拍攝到電子的運(yùn)動(dòng)圖像。瑞典倫德大學(xué)工程學(xué)院的原子物理學(xué)副教授約翰-馬里茨遜說(shuō)，電子圍繞原子核轉(zhuǎn)一周大約需要150阿秒的時(shí)間(1阿秒=10-18 秒) 。 在另一束激光的幫忙下，科學(xué)家們還成功引導(dǎo)一個(gè)電子與原子核進(jìn)行碰撞，并拍下圖像。

　　約翰-馬里茨遜說(shuō)，我們?cè)缇皖A(yù)言可以使用“阿秒脈沖”拍攝電子運(yùn)動(dòng)照片，現(xiàn)在終于取得成功了。我們可以研究當(dāng)電子與不同物體進(jìn)行碰撞時(shí)的不同結(jié)果。所拍照片可以作為我們理論的有力證據(jù)。研究者們還想發(fā)現(xiàn)更多的東西，比如，當(dāng)內(nèi)部電子離開(kāi)原子核時(shí)，情況是怎樣的，其它電子是在何時(shí)又是如何填補(bǔ)逃逸電子所留下的空缺的。馬里茨遜說(shuō)，我們正在做的是純基礎(chǔ)研究。如果將來(lái)我們的研究成果能夠得到實(shí)際應(yīng)用，那就是對(duì)我們最好的獎(jiǎng)賞。所拍電子運(yùn)動(dòng)影片的時(shí)間跨度上不過(guò)是光稍作移動(dòng)的那么一瞬，但影片播放時(shí)，電子速度已被有意放慢，這樣我們就能很好地觀看它。影片只是以圖片連續(xù)播放的形式顯示了電子發(fā)送能量的過(guò)程，因此并不是一般意義上的影片。

　　為了測(cè)量電子的運(yùn)動(dòng)速度，研究組首先在沒(méi)有電流通過(guò)晶體的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他們施加一個(gè)短的微波脈沖讓電子開(kāi)始進(jìn)動(dòng)，由于不同之處磁場(chǎng)強(qiáng)度不一樣，盡管出發(fā)時(shí)是同步的，但很快不同位置處電子的步伐就會(huì)不一致起來(lái)。不久之后，第二道脈沖迫使所有電子都在轉(zhuǎn)圈圈的進(jìn)程中向前跳一步，但是跳進(jìn)量并不一樣以使得次序反轉(zhuǎn)，結(jié)果是轉(zhuǎn)得最慢的跑到最前頭而轉(zhuǎn)得最快的落在后頭。經(jīng)過(guò)與前一階段同等時(shí)間之后，重新排序的結(jié)果是所有電子自旋又恢復(fù)了出發(fā)時(shí)的整齊一致，并發(fā)出一個(gè)無(wú)線電“回聲”。接下來(lái)研究組在有電流通過(guò)時(shí)開(kāi)展同樣的實(shí)驗(yàn)，此時(shí)很多電子都處在運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)它們經(jīng)過(guò)樣品不同區(qū)域時(shí)會(huì)感受到不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度并具有不同的進(jìn)動(dòng)速度，這樣一來(lái)第二道脈沖就無(wú)法使所有電子自旋重新同步，通過(guò)分析其無(wú)線電回聲就可以知道它們運(yùn)動(dòng)的有多快了。

　　在此之前，科學(xué)家們都是用間接的方法來(lái)研究電子運(yùn)動(dòng)。比如，通過(guò)測(cè)量電子光譜。但是，采用這些方法只能測(cè)出電子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而現(xiàn)在，科學(xué)家們卻可以監(jiān)測(cè)電子的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。實(shí)際上，幾年前人們就已發(fā)明出“阿秒脈沖”的方法，但直到現(xiàn)在人們才把它用于拍攝電子運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)椋鞍⒚朊}沖”非常弱，難以拍出清晰的圖像。馬里茨遜說(shuō)，他們?nèi)缃袷褂昧艘环N采用頻閃觀測(cè)儀的方法。這種頻閃觀測(cè)儀可以使他們將電子在某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)“凍結(jié)”，就像抓拍鳥(niǎo)兒扇動(dòng)翅膀的瞬間。趁鳥(niǎo)兒在扇動(dòng)翅膀時(shí)，拍攝者在同一時(shí)刻同一位置同時(shí)拍出多張照片，這樣圖片就清楚了。