圖片來源：苗宇等
自量子力學(xué)早期以來，粒子隧道穿過潛在屏障需要多長時間的問題引發(fā)了一場長期的辯論。為了解決這個問題，中國的科學(xué)家提出并展示了一種新型的阿托秒尺度條紋方法，可以準確地確定原子中電子的隧穿時間。實驗結(jié)果表明，隧穿時間接近于零，精度為幾阿托秒。
定時光電離對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。阿托秒計量學(xué)的出現(xiàn)使我們能夠訪問原子和分子中電子自然尺度的時序信息。attoclock是一種功能強大的工具，可以訪問短時間尺度，其中使用近乎圓偏振的激光場將電子的隧穿時間映射到激光偏振平面中光電子動量光譜的偏移角度。
然而，從偏移角度精確重建電離時間提出了一項艱巨的理論任務(wù)，其中包括對庫侖勢效應(yīng)和多電子相關(guān)性的處理。因此，隧穿時間問題的實驗結(jié)論取決于庫侖相互作用的理論建模。到目前為止，隧道時間是否有限的問題仍在爭論中。
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)武漢光電國家實驗室和物理學(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)家團隊提出并展示了一種方案，可以在沒有任何理論計算的情況下，通過實驗確定原子鐘中的隧穿時間。該方案在基波驅(qū)動場中增加了一個擾動二次諧波場。通過分析PMD中光電子產(chǎn)率的相對相位依賴性，精確測量了隧穿時間。
圖片來源：苗宇等
該團隊?wèi)?yīng)用該方案研究了氬原子的強場隧穿電離時間，并以幾阿托秒的精度確定隧穿時間接近于零。
利用目前的方案，研究小組進一步檢索了具有不同能量的電子的電離時間。他們發(fā)現(xiàn)，在最可能的發(fā)射角下，從測量中提取的隧道電離時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)測相矛盾。這仍然是一個值得進一步調(diào)查的有趣話題。
該方案是自引用的，獨立于庫侖效應(yīng)的理論建模。將這種方法擴展到分子甚至固體不僅可以為我們提供激光 – 物質(zhì)相互作用的基本動力學(xué)，還可以為我們提供檢索目標幾何信息的潛力。
更多信息：苗宇等人，用阿托秒尺度條紋法充分實驗測定隧穿時間，光：科學(xué)與應(yīng)用（2022）。DOI： 10.1038/s41377-022-00911-8
期刊信息：Light： Science & Applications
