圖片來(lái)源：苗宇等
自量子力學(xué)早期以來(lái)，粒子隧道穿過(guò)潛在屏障需要多長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題引發(fā)了一場(chǎng)長(zhǎng)期的辯論。為了解決這個(gè)問(wèn)題，中國(guó)的科學(xué)家提出并展示了一種新型的阿托秒尺度條紋方法，可以準(zhǔn)確地確定原子中電子的隧穿時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隧穿時(shí)間接近于零，精度為幾阿托秒。
定時(shí)光電離對(duì)于我們理解光和物質(zhì)如何在最基本的層面上相互作用至關(guān)重要。阿托秒計(jì)量學(xué)的出現(xiàn)使我們能夠訪問(wèn)原子和分子中電子自然尺度的時(shí)序信息。attoclock是一種功能強(qiáng)大的工具，可以訪問(wèn)短時(shí)間尺度，其中使用近乎圓偏振的激光場(chǎng)將電子的隧穿時(shí)間映射到激光偏振平面中光電子動(dòng)量光譜的偏移角度。
然而，從偏移角度精確重建電離時(shí)間提出了一項(xiàng)艱巨的理論任務(wù)，其中包括對(duì)庫(kù)侖勢(shì)效應(yīng)和多電子相關(guān)性的處理。因此，隧穿時(shí)間問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)結(jié)論取決于庫(kù)侖相互作用的理論建模。到目前為止，隧道時(shí)間是否有限的問(wèn)題仍在爭(zhēng)論中。
在發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》雜志上的一篇新論文中，由華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和物理學(xué)院李敏教授、周月明教授和盧培祥教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出并展示了一種方案，可以在沒(méi)有任何理論計(jì)算的情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定原子鐘中的隧穿時(shí)間。該方案在基波驅(qū)動(dòng)場(chǎng)中增加了一個(gè)擾動(dòng)二次諧波場(chǎng)。通過(guò)分析PMD中光電子產(chǎn)率的相對(duì)相位依賴性，精確測(cè)量了隧穿時(shí)間。
圖片來(lái)源：苗宇等
該團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用該方案研究了氬原子的強(qiáng)場(chǎng)隧穿電離時(shí)間，并以幾阿托秒的精度確定隧穿時(shí)間接近于零。
利用目前的方案，研究小組進(jìn)一步檢索了具有不同能量的電子的電離時(shí)間。他們發(fā)現(xiàn)，在最可能的發(fā)射角下，從測(cè)量中提取的隧道電離時(shí)間隨著電子能量的增加而減少，這與經(jīng)典軌跡模型的預(yù)測(cè)相矛盾。這仍然是一個(gè)值得進(jìn)一步調(diào)查的有趣話題。
該方案是自引用的，獨(dú)立于庫(kù)侖效應(yīng)的理論建模。將這種方法擴(kuò)展到分子甚至固體不僅可以為我們提供激光 – 物質(zhì)相互作用的基本動(dòng)力學(xué)，還可以為我們提供檢索目標(biāo)幾何信息的潛力。
更多信息：苗宇等人，用阿托秒尺度條紋法充分實(shí)驗(yàn)測(cè)定隧穿時(shí)間，光：科學(xué)與應(yīng)用（2022）。DOI： 10.1038/s41377-022-00911-8
期刊信息：Light： Science & Applications
