“超高速摄像机”看清电子运动

洋洋得意儿

1月10日，科研人员在广东东莞阿秒科学中心实验室调试应用于先进阿秒激光设施的高性能激光器。新华社发

深圳特区报东莞1月10日电（记者 申卫峰）阿秒，是人类目前能够掌握的最短时间尺度，1阿秒即为一百亿亿分之一秒，在这样的时间尺度内，您能看清电子的运动轨迹吗？1月10日，国家重大科技基础设施——先进阿秒激光设施项目启动会在东莞松山湖举行，这座世界第二个、亚洲首个的先进阿秒激光设施正式启动建设，它的落成将为此提供答案。 据悉，该设施由中国科学院承担建设，共布局10条超快光束线，以及面向多学科电子动力学研究需求的22个研究终端。届时，将有6条光束线及13个应用终端落地东莞。这是继中国散裂中子源后，东莞迎来的又一大科学装置。

先进阿秒激光像一台“超高速摄像机”，用于捕捉运动极快的电子的“动态影像”，记录它们的运动及其所决定的量子特性、磁性变化、化学反应和材料相变等现象。

阿秒激光为研究物理、化学、材料、信息、生物医学等学科中的重大科学问题提供了全新的技术手段，有望在基础研究和产业技术领域催生新突破，因此具有重要的科学意义和战略意义。

“国际上对电子运动的直接观测几乎仍是空白。”先进阿秒激光设施首席科学家、中国科学院物理研究所研究员魏志义说，由于电子质量很小，运动速度极快，其动力学过程需要阿秒激光脉冲才可能进行测量。但目前实验室条件下产生的阿秒光源，性能和指标参数较低，先进阿秒激光设施就能解决这些问题。

记者了解到，该设施项目建设地点为东莞市和西安市，其中，东莞部分由中国科学院物理研究所负责，将主要建设短脉冲极紫外阿秒、高重频极紫外阿秒、高重频极紫外高次谐波、高能量极紫外阿秒、高功率极紫外高次谐波、短脉冲太赫兹等6条光束线，以及光电离解离实验、瞬态吸收光谱实验、阿秒磁学研究、超快时间分辨扫描隧道显微镜、超快时间分辨光电子显微镜测量等13个应用终端以及部分辅助设施。另外4条束线将在西安建设，由中国科学院西安光学精密机械研究所负责。

“从全球范围看，这是第二个开工建设的阿秒激光设施。”先进阿秒激光设施总工程师、中国科学院物理研究所研究员赵昆介绍，先进阿秒激光设施共布局10条束线和22个应用终端，计划用5年时间建成。

“设施建成后，将实现从纳米-软X射线到毫米-太赫兹的全波长覆盖，可开展超高时间分辨、空间分辨、能量分辨的光-电-磁-热综合实验，可实现对电子运动的跟踪、测量、操控，具有国际先进水平。”赵昆说。

在当天的阿秒科学与应用战略研讨会上，有关负责人还透露了设施东莞部分最新进展：项目已通过模拟和验证实验，确定关键技术与关键器件，完成全部三维图与工程图设计。

知多点

什么是阿秒

作为人类目前能够掌握的最短时间尺度，1阿秒被设定为一百亿亿分之一秒，即10的负18次方秒。1秒钟时间内，光可以穿越30万千米，相当于绕地球赤道7圈半。然而，在1阿秒的时间内，光的传播距离仅为原子的大小（约0.3纳米），也相当于电子在原子中的穿行距离。阿秒激光的出现，使得观测电子的运动成为现实，是科学发展史上具有里程碑意义的关键突破。